Brevet FR3035200A1 — publié le 20161021

MODULE DISSIPATEUR DE CHALEUR BI-MATERIAUX L'invention a trait au domaine de la dissipation de chaleur pour composant(s) électronique(s) en vue du refroidissement dudit ou desdits composants. Plus particulièrement, l'invention a trait au domaine de la dissipation de chaleur pour source(s) lumineuse(s) de dispositif lumineux, tel qu'un dispositif d'éclairage pour véhicule automobile. Le document de brevet EP 2 133 914 A2 divulgue un module dissipateur de chaleur pour microprocesseurs ou pour diodes à électroluminescence. Il présente cependant une certaine massivité ainsi que certaines contraintes en ce qui concerne l'emplacement des sources lumineuses. L'invention a pour objectif de proposer un module dissipateur de chaleur qui soit efficace thermiquement, compact, léger et/ou simple à réaliser. L'invention a pour objet un dissipateur thermique, comprenant : un noyau avec une surface extérieure ; et un manchon, en contact avec au moins une partie de la surface extérieure du noyau ; remarquable en ce que le noyau est en un premier matériau et le manchon en un deuxième matériau, le premier matériau présentant une conductivité thermique qui est au moins cinq fois supérieure à la conductivité thermique du deuxième matériau.Selon un mode avantageux de l'invention, le premier matériau présentant une conductivité thermique qui est au moins dix fois supérieure à la conductivité thermique du deuxième matériau. Selon un mode avantageux de l'invention, le noyau est apte à conduire de la chaleur le long dudit noyau depuis une extrémité dudit noyau vers une partie de la surface extérieure en contact avec le manchon, et le manchon est apte à conduire de la chaleur depuis au moins une partie dudit manchon en contact avec la surface extérieure du noyau vers une extrémité extérieure dudit manchon. Par exemple, le noyau conduit la chaleur de manière sensiblement longitudinale et le manchon conduit la chaleur de manière sensiblement radiale. Selon un mode avantageux de l'invention, le manchon est en contact avec au moins une partie de la surface extérieure du noyau de sorte à l'entourer au moins partiellement. Avantageusement, la surface de contact entre le noyau et le manchon est d'au moins 50 % de la surface du noyau. 3035200 2 Selon un mode avantageux de l'invention, le manchon comprend une portion annulaire ou cylindrique. Selon un mode avantageux de l'invention, la portion annulaire est en contact avec le noyau. 5 Selon un mode avantageux de l'invention, dans lequel le manchon comprend des ailettes. Selon un mode avantageux de l'invention, les ailettes s'étendent essentiellement radialement depuis la portion annulaire vers l'extérieur du manchon. Selon un mode avantageux de l'invention, le noyau comprend une surface de 10 montage destinée à recevoir au moins une source lumineuse. Selon un mode avantageux de l'invention, la surface de montage se trouve à une extrémité du noyau. Selon un mode avantageux de l'invention, le noyau comprend une portion cylindrique creuse. 15 Selon un mode avantageux de l'invention, la portion cylindrique creuse est formée par une paroi circulaire, la surface de montage s'étendant radialement depuis ladite paroi vers l'intérieur, ladite surface comprenant un orifice central. Selon un mode avantageux de l'invention, le premier matériau comporte au moins un métal. 20 Selon un mode avantageux de l'invention, le métal comporte de l'aluminium et/ou du cuivre et/ou un alliage de ces métaux. Selon un mode avantageux de l'invention, le premier matériau présente une conductivité thermique supérieure ou égale à 50 W/(m K). Selon un mode avantageux de l'invention, le deuxième matériau est un matériau 25 plastique conducteur de la chaleur avec une conductivité thermique supérieure ou égale à 0.5 W/(m K), préférentiellement supérieure ou égale à 1 W/(m K). 3035200 3 Selon un mode avantageux de l'invention, le matériau plastique conducteur de la chaleur comprend un matériau de base et un matériau de charge conducteur de la chaleur. Selon un mode avantageux de l'invention, le matériau de base du matériau plastique 5 conducteur de la chaleur comprend un polymère. Selon un mode avantageux de l'invention, le matériau de charge conducteur de chaleur comporte des fibres de carbone graphite et/ou au moins une céramique. Selon un mode avantageux de l'invention, la céramique comporte du nitrure d'aluminium et/ou ou du nitrure de bore. 10 Selon un mode avantageux de l'invention, la densité du deuxième matériau est inférieure d'au moins 25%, préférentiellement 40%, de la densité du premier matériau. Selon un mode avantageux de l'invention, le manchon est surmoulé sur le noyau. Selon un mode avantageux de l'invention, le noyau est inséré en force dans le 15 manchon. L'invention a également pour objet un module dissipateur de chaleur, remarquable en ce qu'il comprend un dissipateur thermique conforme à l'invention et un ventilateur disposé en face du noyau du dissipateur thermique de manière à générer un courant d'air le long du manchon. 20 Selon un mode avantageux de l'invention, le ventilateur comprend un moteur électrique d'entrainement logé dans un moyeu dudit ventilateur. Selon un mode avantageux de l'invention, le ventilateur comprend au moins un boitier agencé de manière à protéger l'extrémité radiale du ventilateur. Selon un mode avantageux de l'invention, le module comprend, en outre, au moins 25 une enveloppe tubulaire recevant le noyau et le manchon, le ventilateur étant disposé à une extrémité de ladite enveloppe. Selon un mode avantageux de l'invention, le boitier et l'enveloppe sont venus de matière. 3035200 4 Selon un mode avantageux de l'invention, le boitier et l'enveloppe présentent des formes différentes. Selon un mode avantageux de l'invention, le boitier et l'enveloppe sont des formes complémentaires, par exemple identiques. 5 Selon un mode avantageux de l'invention, le boitier est de forme circulaire, triangulaire, carrée, ou hexagonal. Selon un mode avantageux de l'invention, la forme du boitier est de préférence carrée à coins arrondis. L'invention a également pour objet un support de source lumineuse pour dispositif 10 lumineux notamment pour véhicule automobile, comprenant : un dissipateur thermique ; au moins une source lumineuse ; remarquable en ce que le dissipateur est conforme à l'invention, la source lumineuse étant montée sur la surface de montage. Selon un mode avantageux de l'invention, le support de source lumineuse comprend 15 un module dissipateur de chaleur conforme à l'invention et dans lequel le dissipateur thermique fait partie dudit module dissipateur de chaleur Selon un mode avantageux de l'invention, la source lumineuse comprend au moins un élément émetteur à semi-conducteur. Selon un mode avantageux de l'invention, la source lumineuse est une diode 20 électroluminescente. Selon un mode avantageux de l'invention, la diode électroluminescente est une diode laser. Selon un mode avantageux de l'invention, la source lumineuse est en contact avec le dissipateur thermique. Ce contact peut être direct ou indirect, par exemple via 25 une carte de circuit intégré, avec le dissipateur. Selon un mode avantageux de l'invention, le noyau comprend une portion cylindrique creuse et, à une extrémité de la dite portion, une surface de montage d'une ou plusieurs sources lumineuses ; et préférentiellement, la portion cylindrique creuse étant formée par une paroi circulaire, la surface de montage s'étendant 3035200 5 radialement depuis ladite paroi vers l'intérieur, ladite surface comprenant un orifice central ; la ou au moins une des sources lumineuses est disposée sur la surface de montage. Selon un mode avantageux de l'invention, le module comprend, en outre, des fils 5 électriques d'alimentation de la ou des sources lumineuses, lesdits fils s'étendant dans le creux du noyau depuis ladite ou lesdites sources lumineuses jusqu'à l'extrémité du noyau opposée à la surface de montage. Selon un mode avantageux de l'invention, le module comprend des fils électriques d'alimentation de la ou des sources lumineuses, lesdits fils s'étendant d'une surface 10 extérieure du manchon entre deux ailettes dudit manchon. Selon un mode avantageux de l'invention, les fils électriques d'alimentation de la ou des sources lumineuses sont logés dans une rainure réalisée sur la surface extérieure du manchon entre les deux ailettes. Dispositif lumineux, notamment d'éclairage et/ou de signalisation pour véhicule 15 automobile, remarquable en ce qu'il comprend un support de source lumineuse conforme à l'invention. Les mesures de l'invention sont intéressantes en ce qu'elles procurent un diffuseur thermique ou module diffuseur de chaleur qui est compact, léger, efficace et simple de construction. En effet, le fait d'utiliser deux matériaux distincts pour le noyau et le 20 manchon à ailettes permet non seulement d'optimiser le poids du module mais également sa construction. Le manchon présentant une plus grande surface d'échange que le noyau, il peut être réalisé dans un matériau moins bon conducteur sans pour autant pénaliser les performances du module. De plus, le fait d'utiliser un matériau plastique conducteur et de prévoir un surmoulage est intéressant d'un point 25 de vue poids et coût de fabrication. Le diffuseur de l'invention est particulièrement bien adapté à une source lumineuse unique, telle qu'une diode laser. La source lumineuse peut être disposée de manière centrée sur l'extrémité du noyau et avoir des fils d'alimentation qui s'étendent le long du noyau, à l'intérieur de celui-ci. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux 30 compris à l'aide de la description et des dessins parmi lesquels : 3035200 6 - La figure 1 est une vue en perspective d'un support de source lumineuse, comprenant un module dissipateur de chaleur conforme à l'invention ; - La figure 2 est une vue en perspective avant du module dissipateur de la figure 1, pourvu de la source lumineuse ; 5 - La figure 3 est une vue de profil du dissipateur de chaleur à ailettes du module des figures 1 et 2 ; - La figure 4 est une vue en perspective arrière du module dissipateur des figures 1 et 2, le module étant pourvu du ventilateur ; - La figure 5 comprend deux vues en perspective arrière et avant du noyau du 10 module dissipateur des figures 1 et 2, illustrant également la position des ailettes. La figure 1 illustre en perspective un module dissipateur de chaleur conforme à l'invention. Le module dissipateur de chaleur 2 comprend, essentiellement, un noyau 6 et un refroidisseur à ailettes sous forme d'un manchon 8 entourant le noyau 6. Ce 15 dernier supporte une source lumineuse 10. Elle peut être du type diode à électroluminescence. En l'occurrence elle est du type diode laser disposée au centre du noyau 6. Le module 2 peut comprendre une enveloppe 4 entourant le noyau 6 et le dissipateur à ailettes 8. Cette enveloppe 4 est préférentiellement du type tubulaire, plus préférentiellement de section carrée. Elle peut être refermée à son extrémité 20 arrière par un ventilateur 12, le ventilateur étant apte à générer un courant d'air de refroidissement le long des ailettes, entre le dissipateur 8 et l'enveloppe. La figure 2 illustre le module dissipateur de chaleur de la figure 1 où l'enveloppe 4 est absente. On peut observer que le ventilateur 12 comprend une roue de ventilateur 14 disposée en face des ailettes du dissipateur 8 et un boitier 16 autour 25 des ailettes. Le noyau 6 est réalisé dans un premier matériau, préférentiellement métallique tel qu'en aluminium, avec un coefficient de conductivité thermique élevé, comme par exemple supérieur ou égal à 50 W/(m K). Le dissipateur à ailettes 8 est réalisé dans un deuxième matériau moins dense que 30 le premier et potentiellement moins bon conducteur. Il peut s'agir de matériau plastique conducteur de la chaleur avec une conductivité thermique supérieure ou égale à 0.5 W/(m K) préférentiellement 1 W/(m K). La conductivité thermique de ce 3035200 7 type de matériau peut être comprise essentiellement entre 1 et 20 W/(m.K), alors que celui de l'aluminium est de l'ordre de 200 W/(m.K). Ce type de matériau plastique est disponible notamment sous les noms commerciaux CoolPoly® et Therma-Tech® (de la société PolyOne). Pour obtenir un matériau plastique 5 conducteur de la chaleur, il est connu de prévoir un matériau plastique de base, tel qu'un polymère, dans lequel un matériau de charge conducteur thermiquement a été incorporé. Il peut notamment s'agir de fibres de carbone graphite, notamment sous forme de nanotubes, et de céramique telle que du nitrure d'aluminium ou du nitrure de bore. Cela permet de faire passer la conductivité thermique d'un matériau 10 plastique classique de l'ordre de 0.1 W/(m.K) à une valeur comprise entre 1 et W/(m.K), soit une multiplication du coefficient par un facteur de l'ordre de 10 à 200. Des études récentes montrent également qu'il est possible de contrôler et, partant, d'augmenter la conductivité thermique d'un polymère en travaillant sur sa structure atomique par les nanotechnologies. 15 On peut utiliser une matière thermoplastique comprenant une résine thermoplastique et des charges dont la nature, la forme et la taille sont choisies pour augmenter la conductivité thermique de la résine seule. On peut utiliser une résine thermoplastique choisie dans le groupe comprenant : polyamide, polyéthylène. 20 On peut utiliser des charges choisies dans le groupe comprenant : nano particules, sulfure de zinc, nitrure de bore, particules à base de carbone. On peut par exemple utiliser les matières thermoplastiques thermiquement conductrices suivantes : - une composition comprenant une matrice de polyamide et du sulfure de zinc dispersé 25 dans la matrice ; - une composition comprenant une matrice contenant des particules dont la forme et la taille sont choisies pour obtenir une conductivité thermique à faible taux de remplissage ; - une composition comprenant un polymère thermoplastique, au moins 60% en poids 30 d'un mélange de poudres de nitrure de bore ayant une taille moyenne d'au moins 50 microns; et un agent de couplage. Une telle composition a une conductivité thermique supérieure à 15 VV/(m.K) ; - une composition comprenant une matrice en résine et une charge à conductivité thermique élevée. La charge à conductivité thermique élevée forme un composite organique-inorganique en continuité avec la matrice, et les charges ont un rapport 3035200 8 d'aspect compris entre 3 et 100. Les charges sont sensiblement uniformément réparties dans la matrice, et sont alignés essentiellement dans la même direction ; - une composition comprenant une matrice de résine hautement structurée, et des charges de haute conductivité thermique. Les charges à haute conductivité thermique 5 ont une longueur de 1 à 1000 nm, et ont un rapport d'aspect compris entre 3 et 100 ; - une composition comprenant 30 à 80% en poids de résine thermoplastique; 10 à 60% en poids d'un mélange contenant des charges isolantes de forme sphérique et en plaque; et 10 à 50% en poids de fibres inorganiques. 10 Les matériaux plastiques conducteurs thermiquement présentent une densité de l'ordre de 1.5 à 2 alors que l'aluminium, un des métaux bons conducteurs thermiques parmi les moins denses, est de 2.7. L'utilisation d'un matériau plastique conducteur thermiquement permet ainsi de diminuer la masse du diffuseur thermique de l'ordre de 26% à 44%. 15 Le diffuseur thermique 8 est préférentiellement surmoulé sur le noyau 6, étant entendu que d'autres procédé de liaison entre les deux sont envisageables. La figure 3 est une vue de la section du diffuseur thermique 8. Ce dernier comprend une portion cylindrique 81 et des ailettes 82 qui s'étendent radialement vers l'extérieur depuis la portion cylindrique 81. Cette dernière permet d'assurer un 20 contact intime et optimal avec la surface extérieure du noyau. Elle permet également d'assurer un maintien mécanique des ailettes 82. Les ailettes peuvent présenter une épaisseur qui diminue progressivement au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la portion cylindrique 81. Les ailettes 82 sont préférentiellement réparties de manière homogène autour de la portion cylindrique 81. 25 La figure 4 est une vue arrière du module diffuseur de chaleur des figures 1 et 2. On peut y observer la roue de ventilateur 14 qui comprend des aubes 141 fixées sur un moyeu 142. Ce dernier présente un diamètre extérieur proche de celui du noyau. Il peut renfermer un moteur électrique (non visible) destiné à l'entrainement en rotation de la roue 14. 30 La figure 5 comprend deux vues : celle du haut est une vue en perspective arrière du noyau et celle du bas est une vue en perspective avant dudit noyau. Le diffuseur de chaleur n'est pas véritablement représenté, seules les ailettes sont représentées. On 3 03 5 2 00 9 peut observer que le noyau 6 comprend une portion cylindrique 61 et une portion annulaire 62 s'étendant radialement à l'extrémité avant dudit noyau 6. Cette portion annulaire 62 forme un orifice 63 apte à faire passer des fils ou câbles d'alimentation de la ou des sources lumineuses. La face extérieure de la portion annulaire 62 forme 5 également une surface de montage 64 de la ou des sources lumineuses 10. Cette construction du noyau 6 est particulièrement intéressante pour le montage d'une source lumineuse unique, telle qu'une diode laser. Le module dissipateur de chaleur qui vient d'être décrit peut ainsi servir de support de source(s) lumineuse(s) et être intégré dans un dispositif d'éclairage tel qu'un 10 projecteur de véhicule automobile. REVENDICATIONS1. Dissipateur thermique (2), comprenant : un noyau (6) avec une surface extérieure ; et un manchon (8), en contact avec au moins une partie de la surface extérieure du noyau (6) ; caractérisé en ce que le noyau (6) est en un premier matériau et le manchon (8) en un deuxième matériau, le premier matériau présentant une conductivité thermique qui est au moins cinq fois supérieure à la conductivité thermique du deuxième matériau. 2. Dissipateur thermique (2) selon la revendication précédente, dans lequel le noyau (6) est apte à conduire de la chaleur le long dudit noyau depuis une extrémité dudit noyau vers une partie de la surface extérieure en contact avec le manchon (8), et le manchon (8) est apte à conduire de la chaleur depuis au moins une partie dudit manchon en contact avec la surface extérieure du noyau (6) vers une extrémité extérieure dudit manchon (8). 3. Dissipateur thermique (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel le manchon (8) est en contact avec au moins une partie de la surface extérieure du noyau (6) de sorte à l'entourer au moins partiellement. 4. Dissipateur thermique (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le manchon (8) comprend des ailettes (82). 5. Dissipateur thermique (2) selon la revendication 4, dans lequel les ailettes (82) s'étendent essentiellement radialement depuis la portion annulaire (81) vers l'extérieur du manchon (8). 6. Dissipateur thermique (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le noyau (6) comprend une surface de montage (64) destinée à recevoir au moins une source lumineuse (10). 7. Dissipateur thermique (2) selon la revendication précédente, dans lequel le noyau (6) comprend une portion cylindrique creuse (61). 3 0 3 5 2 00 11 8. Dissipateur thermique (2) selon la revendication précédente, dans lequel la portion cylindrique creuse (61) est formée par une paroi circulaire, la surface de montage (64) s'étendant radialement depuis ladite paroi (61) vers l'intérieur, ladite surface (64) comprenant un orifice central (63). 5 9. Dissipateur thermique (2) selon l'une quelconque des revendications précédente, dans lequel le deuxième matériau est un matériau plastique conducteur de la chaleur avec une conductivité thermique supérieure ou égale à 0.5 W/(m.K), préférentiellement supérieure ou égale à 1 W/(m.K). 10. Dissipateur thermique (2) selon la revendication 9, dans lequel le matériau 10 plastique conducteur de la chaleur comprend un matériau de base et un matériau de charge conducteur de la chaleur. 11. Dissipateur thermique (2) selon la revendication 10, dans lequel le matériau de charge conducteur de chaleur comporte des fibres de carbone graphite et/ou au moins une céramique. 15 12. Module dissipateur de chaleur (2), caractérisé en ce qu'il comprend, un dissipateur thermique, conforme à l'une des revendications 1 à 11, et un ventilateur (12, 14), ledit ventilateur étant disposé en face du noyau (6) du dissipateur thermique de manière à générer un courant d'air le long du manchon (8). 20 13.Support de source lumineuse pour dispositif lumineux notamment pour véhicule automobile, comprenant : un dissipateur thermique ; au moins une source lumineuse ; caractérisé en ce que le dissipateur (2) est conforme à l'une des 25 revendications 6 à 11, la source lumineuse étant montée sur la surface de montage. 14. Support de source lumineuse selon la revendication précédente caractérisé en ce que le support de source lumineuse comprend un module dissipateur de chaleur selon la revendication 12 et dans lequel le dissipateur thermique fait partie dudit module dissipateur de chaleur. 3035200 12 15. Dispositif lumineux, notamment d'éclairage et/ou de signalisation pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un support de source lumineuse conforme à l'une des revendications 13 à 14.