Brevet FR3041080A1 — publié le 20170317

DISPOSITIF DE DISSIPATION THERMIQUE POUR UN MODULE LUMINEUX DE VEHICULE AUTOMOBILE L'invention a trait au domaine de l'éclairage et de la signalisation lumineuse, notamment pour véhicule automobile. Dans le domaine de l'éclairage et de la signalisation lumineuse pour véhicules automobiles, il devient de plus en plus courant d'utiliser des sources lumineuses à composants semi-conducteurs électroluminescents, par exemple des diodes électroluminescentes, LED. Un composant LED émet des rayons lumineux lorsqu'une tension d'une valeur au moins égale à une valeur seuil appelée tension directe est appliquée à ces bornes. De manière connue, une ou plusieurs LEDs d'un module lumineux pour un véhicule automobile sont alimentées par le biais de moyens de pilotage de l'alimentation, qui comprennent des circuits convertisseurs. Les moyens de pilotage de l'alimentation sont configurés pour convertir un courant électrique d'une première intensité, par exemple fourni par une source de courant du véhicule automobile, telle qu'une batterie, en un courant de charge ayant une deuxième intensité, différente de la première. Le courant de charge a en général une intensité constante. Il devient de plus en plus commun d'intégrer plusieurs fonctions lumineuses d'un véhicule automobile, par exemple les fonctions feux diurne (DRL, « daytime running light »), feux de route, ou autres dans un même module lumineux. Par conséquent, le nombre de convertisseurs par module, ainsi que la chaleur que ces composants produisent dans le module, augmentent. Il s'impose donc un besoin de moyens de dissipation thermique efficaces. Vues les contraintes de volumes imposées par l'espace restreint d'un module lumineux pour un véhicule automobile, il est néanmoins important qu'un dissipateur thermique ait des dimensions compactes et un poids léger. L'invention a pour objectif de proposer une solution palliant le problème susmentionné. En particulier, l'invention propose un dispositif de dissipation thermique léger à haute conductivité thermique et capable, dans des modes de 3041080 2 réalisations préférés, d'être installé selon plusieurs orientations, tout en assurant une bonne dissipation de la chaleur produite par les composants électroniques d'un module lumineux pour véhicule automobile. 5 L'invention a pour objet un dispositif de dissipation thermique pour un module lumineux de véhicule automobile. Le dispositif comprend une base destinée à recevoir sur une première face un circuit imprimé et comprenant des moyens de dissipation thermique sur une deuxième face opposée. Le dispositif est remarquable en que les moyens de dissipation thermique comprennent des ailettes 10 de refroidissement formées par des plis d'au moins une feuille métallique, les ailettes de dissipation thermique étant solidarisées à la base au moyen d'une fixation entre au moins un des plis et la base. La base peut de préférence former un dissipateur principal de chaleur du dispositif. 15 De préférence, la base peut être en Aluminium embouti. La base peut avantageusement avoir une géométrie généralement plane. De préférence, elle peut avoir un contour généralement rectangulaire. La base peut de préférence être destinée à recevoir un circuit imprimé sur une de ses faces. Le circuit imprimé peut 20 comprendre un circuit de pilotage de l'alimentation électrique de sources lumineuses du module lumineux, notamment apte à piloter l'alimentation électrique de ces sources lumineuses pour la réalisation sélective d'une pluralité de fonctions lumineuses, comme par exemple un éclairage de route, un éclairage de croisement, un feu diurne, ou un feu de position. 25 Les ailettes de refroidissement peuvent de préférence être en Aluminium. La feuille métallique peut de manière préférée avoir une épaisseur inférieure à 1 mm, préférentiellement de 0,6 mm. De préférence, les ailettes de dissipation peuvent être formées par une ou plusieurs feuilles d'Aluminium cladées et 30 moletées. La hauteur des ailettes de refroidissement par rapport à la base peut de préférence être comprise entre 15 mm et 25 mm. 3041080 3 De préférence, la base et/ou les ailettes de refroidissement peuvent présenter une conductivité thermique entre 180 et 230 W/(m- K). Les ailettes de dissipation thermique peuvent préférentiellement s'étendret suivant au moins deux directions différentes parallèles à la base. 5 Le dispositif peut de préférence comprendre une pluralité d'ailettes de refroidissement, dont au moins deux groupes d'ailettes s'étendent suivant deux directions perpendiculaires entre elles. 10 Ladite pluralité d'ailettes peut comprendre un premier groupe d'ailettes s'étendant en périphérie de la base, le long de deux premiers bords parallèles et opposés de la base et un deuxième groupe d'ailettes s'étendant en périphérie de la base, le long de deux deuxièmes bords parallèles et opposés de la base et notamment perpendiculaires aux premiers bords. Le cas échéant, la pluralité d'ailettes peut 15 comprendre un troisième groupe d'ailettes s'étendant dans une région centrale de la base et suivant une direction parallèle à celle du premier groupe. De préférence, le dispositif peut comprendre une pluralité d'ailettes de refroidissement qui s'étendent de manière radiale suivant une pluralité de directions 20 à partir d'une partie centrale de la base. Le dispositif peut de préférence comprendre une interface thermique disposée entre les ailettes de refroidissement et la base, par exemple en silicone. 25 Les ailettes de refroidissement peuvent de manière préférée être collées à la base du dispositif. Le collage peut être réalisé à l'aide d'une colle de polymérisation dans un four de polymérisation. De préférence, la colle peut être une colle à haute conduction thermique. Alternativement, les ailettes de refroidissement peuvent être fixées à la base par 30 brasure. La brasure peut préférentiellement être réalisée moyennant de l'oxyde d'Aluminium. 3041080 4 La base peut de préférence comprendre, sur sa première face, des pions de sertissage destinés à fixer un circuit imprimé sur cette face. Les pions de sertissage peuvent de préférence être formés par emboutissage. 5 Le dispositif peut en outre comprendre un couvercle en Aluminium embouti, destiné à être fixé de manière étanche sur la première face de la base. La conductivité thermique du couvercle peut de préférence être comprise entre180 et 230 W/(m-K). De préférence, le couvercle peut être fixé à la base par l'intermédiaire d'un joint 10 d'étanchéité. Le joint peut par exemple être en caoutchouc. Le couvercle peut de préférence comprendre une ouverture donnant accès à l'intérieur du dispositif, c'est-à-dire à l'espace destiné à recevoir un circuit imprimé. L'ouverture permet par exemple de réaliser une connexion électrique depuis 15 l'extérieur du dispositif avec le circuit imprimé Le dispositif peut de préférence comprendre une grille de protection, de préférence en matière plastique, pour recouvrir les ailettes de refroidissement. 20 L'invention a également pour objet un module lumineux pour un véhicule automobile comprenant au moins une source lumineuse à élément semi-conducteur et un circuit imprimé comprenant un circuit de pilotage de l'alimentation de la ou des sources lumineuses. Le module lumineux est remarquable en ce que le circuit imprimé est fixé sur un dispositif de dissipation thermique du module, le dispositif 25 étant conforme à l'invention. La base du dispositif peut de préférence comporter des moyens de fixation du dispositif dans le module. 30 Le circuit imprimé peut de préférence être recouvert de manière étanche par un couvercle du dispositif de dissipation thermique. Les mesures de l'invention sont intéressantes en ce qu'elles permettent de proposer un dispositif de dissipation thermique compact et léger, ayant néanmoins 3041080 5 une capacité de dissipation thermique importante. Ceci est dû à l'utilisation d'Aluminium à conductivité élevée qui est embouti et/ou plié pour réaliser les composants du dispositif. Par rapport à des solutions connues faisant usage d'Aluminium injecté comprenant un pourcentage important d'additifs, des gains en 5 coûts de production d'environ 30 % et des gains en poids d'environ 40% ont pu être observés. Lorsque les ailettes sont collées sur la base du dispositif de dissipation thermique à l'aide d'une colle de polymérisation, l'étape de collage peut être réalisée ensemble avec le collage du circuit imprimé. La disposition des ailettes selon une pluralité de directions assure que l'air peut circuler entre les ailettes 10 indépendamment de l'orientation et de l'emplacement du dispositif au sein d'un module lumineux pour véhicule automobile. Ceci augmente la liberté de conception d'un tel module tout en assurant la bonne dissipation de la chaleur produite par les composants actifs du module. Le pouvoir de dissipation thermique peut être ajusté en adaptant les dimensions des ailettes, et notamment leur hauteur par rapport à la 15 base du dispositif. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description et des dessins parmi lesquels : - la figure 1 est une représentation en perspective d'en bas d'un dispositif 20 selon un mode de réalisation préférentiel de la présente invention ; - la figure 2 est une représentation en perspective d'en haut d'un dispositif selon un mode de réalisation préférentiel de la présente invention ; - la figure 3 est une représentation en perspective d'en haut d'un dispositif selon un mode de réalisation préférentiel de la présente invention, y compris 25 un circuit imprimé ; - la figure 4 est une représentation en perspective d'en haut d'un dispositif selon un mode de réalisation préférentiel de la présente invention, y compris un couvercle ; - la figure 5 est une représentation en perspective d'en haut d'un dispositif 30 selon un mode de réalisation préférentiel de la présente invention ; - la figure 6 est une représentation schématique d'une vue d'en bas d'un dispositif selon un mode de réalisation préférentiel de la présente invention. 3041080 6 Dans la description qui suit, des numéros de référence similaires seront utilisés pour décrire des concepts similaires à travers des modes de réalisation différents de l'invention. Ainsi, les numéros 100, 200, 300 décrivent un dispositif de dissipation thermique dans trois modes de réalisation différents conformes à 5 l'invention. Sauf indication spécifique du contraire, des caractéristiques techniques décrites en détails pour un mode de réalisation donné peuvent être combinées aux caractéristiques techniques décrites dans le contexte d'autres modes de réalisation 10 décrits à titre exemplaire et non limitatif. La figure 1 montre un dispositif de dissipation thermique 100 pour un module lumineux d'un véhicule automobile selon un premier mode de réalisation exemplaire de l'invention. Le dispositif comprend une base 110 à géométrie généralement 15 plane, qui est de préférence en Aluminium substantiellement pur, et qui présente une conductivité thermique entre 180 et 230 W/(m-K). Dans l'exemple illustré, la base présente un contour de forme généralement rectangulaire. La base forme un élément de dissipation de chaleur principal du dispositif. Une première face 112, montrée dirigée vers le bas, est destinée à recevoir un circuit imprimé non-illustré. 20 Le circuit imprimé peut par exemple comprendre des sources lumineuses du module lumineux. Il peut s'agir de sources lumineuses à composant semiconducteur, par exemple de diodes électroluminescentes, LED. Alternativement, le circuit imprimé peut comprendre un circuit de pilotage de l'alimentation électrique de telles sources lumineuses. Les convertisseurs d'un tel circuit, comme les 25 sources lumineuses, génèrent en général une chaleur importante lors de leur fonctionnement, que le dispositif 100 doit pouvoir dissiper. Une deuxième face 114, opposée à la première face 112 et illustrée dirigée vers le haut, comprend des ailettes de refroidissement 120 qui sont solidarisées à la base 30 au moyen d'une fixation entre au moins un des plis et la base. Les ailettes s'étendent dans l'exemple montré et selon un mode de réalisation préféré, suivant au moins deux directions différentes mais parallèles au plan de la base 110 pour créer des gorges ou canaux de circulation d'air. Dans l'exemple montré, il s'agit de deux directions A, B généralement perpendiculaires entre elles. Les ailettes de 3041080 7 refroidissement 140 sont formées par des plis d'une tôle métallique. La tôle a de préférence une épaisseur fine de moins d'un millimètre, par exemple de 0,6 mm. Avantageusement, elle est également en Aluminium et présente une importante conductivité thermique qui se situe entre 180 et 230 W/(m -K). Les ailettes de 5 dissipation peuvent être formées par une ou plusieurs feuilles d'Aluminium cladées et moletées. La hauteur des plis est choisie selon l'application visée. Une hauteur plus importante des plis implique une surface d'échange thermique accrue des ailettes par rapport à l'air ambient, et donc un pouvoir de dissipation thermique plus important du dispositif. La hauteur des plis peut à titre exemplaire être comprise 10 entre 15 et 25 mm. Les ailettes de refroidissement sont fixées à la face 114 de la base 110 de manière à assurer une bonne tenue mécanique ainsi qu'une bonne liaison thermique entre les deux éléments. La liaison est de préférence réalisée par collage à l'aide d'une colle de polymérisation qui est durcie lors d'un passage du dispositif dans un four de polymérisation. Alternativement, d'autres fixations entre 15 les ailettes 120 et la base 110 peuvent être considérées sans pour autant sortir du cadre de la présente invention, notamment une fixation par brasage des deux pièces en question. Comme montré sur la figure 1, plusieurs groupes d'ailettes, deux dans chacune des directions A et B, peuvent être pliés à partir d'une même feuille en Aluminium. Alternativement chacun des groupes, ou chacune des ailettes 20 peut être pliée à partir d'une feuille en Aluminium dédiée. Une grille de protection non-illustrée, de préférence en matière plastique, peut être prévue pour recouvrir les ailettes de refroidissement, afin de protéger celles-ci à l'encontre de chocs mécaniques éventuels. 25 La figure 2 montre la première face 112, qui est opposée à la face 114 de la base 110 du dispositif 100. Cette face est destinée à recevoir un circuit imprimé qui comprend des éléments électroniques actifs produisant de la chaleur. Dans l'exemple montré, la face 112 comprend des pions de sertissage 113 destinés à coopérer avec des trous prévus à cet effet dans le substrat d'un circuit imprimé. Les 30 pions de sertissage 113 sont de préférence sortis par emboutissage de la plaque en Aluminium qui forme la base 110. Pour garantir cet effet, il faut prévoir une épaisseur de la base d'au moins 3 à 4 mm. La figure 3 montre à titre exemplaire un circuit imprimé 10, sans illustrer les composants électroniques de celui-ci, retenu par les pions 113. Le sertissage permet d'assurer une bonne tenue mécanique et 3041080 8 un bon contact thermique entre le substrat du circuit imprimé et la base 110, afin de garantir l'échange de chaleur entre les deux éléments. De manière alternative ou complémentaire au sertissage, le circuit imprimé peut être collé à l'aide d'une colle à conductivité thermique, par exemple une colle de polymérisation sur la face 112 5 de la base 110. L'échange thermique se fait d'abord entre le circuit imprimé, sur lequel la chaleur est produite, et la base 110 du dispositif 100. Puis, à travers la liaison thermique de le base 110 avec les ailettes de refroidissement 120, la chaleur transite vers celles- 10 ci. Les ailettes de refroidissement présentent une importante surface d'échange de chaleur avec l'air ambient qui permet de dissiper la chaleur. L'illustration de la figure 4 reprend le dispositif 100 comprenant la base 110, sur une face 114 de laquelle les ailettes de refroidissement 120 sont fixées. La face 15 opposée 112 de la base 110 est recouverte par un couvercle 130. Le couvercle protège le circuit imprimé qu'il recouvre sur la face 112 par rapport à des chocs mécaniques, et par rapport à des interférences électromagnétiques éventuelles. Il peut également contribuer à la capacité de dissipation thermique globale du dispositif. A cet effet, il est avantageux que le couvercle 130 soit formé par une tôle 20 en métal léger comme l'Aluminium. La forme de la tôle est obtenue par emboutissage avec un outil approprié. La variante d'Aluminium utilisée présente de préférence une conductivité thermique qui se situe entre 180 et 230 W/(m-K). Le bord inférieur du couvercle peut de manière connue coopérer avec le bord de la base 110 afin de lier les deux éléments. D'autres moyens de liaison mécanique, 25 comme le sertissage, et de préférence également de liaison thermique sont en soi connus dans l'art et leur réalisation est à la portée de l'homme de l'art. Afin de garantir l'étanchéité de la liaison entre la base 120 et le couvercle 130, un joint d'étanchéité 134 tel qu'il est illustré sur la figure 4, fabriqué par exemple en caoutchouc, peut être installé au niveau de la jonction. Dans l'exemple montré, le 30 couvercle comprend une ouverture 132 donnant accès à l'intérieur du dispositif, c'est-à-dire au circuit imprimé reçu sur la face 112 du dispositif. L'ouverture 132 permet par exemple de réaliser une connexion électrique depuis l'extérieur du dispositif avec le circuit imprimé. 3041080 9 La figure 5 montre un autre mode de réalisation du dispositif de dissipation thermique 200 selon l'invention. Le dispositif comprend une base 210 à géométrie généralement plane, qui est de préférence en Aluminium et qui présente une conductivité thermique entre 180 et 230 W/(m-K). Une première face 212, montrée 5 dirigée vers le haut, est destinée à recevoir un circuit imprimé non-illustré. Une deuxième face 214, opposée à la première face 212 et illustrée dirigée vers le bas, comprend des ailettes de refroidissement 220 qui s'étendent suivant au moins deux directions différentes mais parallèles au plan de la base 210. La face 212 présente la particularité qu'une partie en retrait 216 a été réalisée par emboutissage de la 10 base 210. Une telle configuration est intéressante lorsque le dispositif de dissipation thermique 200 est prévu pour y loger un circuit imprimé qui comprend des composants électroniques montés sur ces deux surfaces planes. Lorsque le circuit imprimé est reçu sur la face 212, les composants électronique montés sur la face du circuit imprimé qui fait face à la face 212, sont alors logés dans la partie en 15 retrait 216. Des géométries alternatives peuvent évidemment être prévues selon le même principe et réalisées par un emboutissage approprié, sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. La figure 6 montre une vue schématique d'en haut d'un mode de réalisation 20 supplémentaire du dispositif de dissipation thermique 300 selon l'invention. La face 314 de la base 310 est montrée. Il s'agit de la face sur laquelle les ailettes de refroidissement 320 sont fixées. Par rapport aux exemples précédents, un arrangement alternatif des ailettes de refroidissement est illustré à titre exemplaire. Les ailettes 320 s'étendent de manière radiale à partir d'une partie centrale de la 25 base 310 pour former une structure en étoile ou circulaire. Chaque paire dont les ailettes de refroidissement sont radialement opposées par rapport au centre est orientée selon une direction. D'autres géométries de disposition des ailettes de refroidissement sont envisageables. Une pluralité plus importante des directions selon lesquels les ailettes de refroidissement s'étendent implique en général une 30 flexibilité accrue au niveau des possibilités de placement et d'orientation du dispositif 300 au sein d'un module lumineux. Avec le nombre de directions de passage d'air ambient croissant, la probabilité d'un échange thermique entre les ailettes de refroidissement et l'air ambiant est en général accrue. REVENDICATIONS1 Dispositif de dissipation thermique (100, 200, 300) pour un module lumineux de véhicule automobile, comprenant une base (110, 210, 310) destinée à recevoir sur une première face (112, 212) un circuit imprimé et comprenant des moyens de dissipation thermique sur une deuxième face opposée (114, 214, 314), caractérisé en ce que les moyens de dissipation thermique comprennent des ailettes de refroidissement (120, 220, 320) formées par des plis d'au moins une feuille métallique, les ailettes de dissipation thermique étant solidarisées à la base au moyen d'une fixation entre au moins un des plis et la base. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la base (110, 210, 310) est en Aluminium embouti. 3. Dispositif selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les ailettes (120, 220, 320) de refroidissement sont en Aluminium. 4. Dispositifs selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la feuille métallique a une épaisseur inférieure à 1 mm. 5. Dispositif selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la base (110, 210, 310) et/ou les ailettes de refroidissement (120, 220, 320) présentent une conductivité thermique entre 180 et 230 W/(m-K). 6. Dispositif selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les ailettes de dissipation thermique s'étendent suivant au moins deux directions différentes parallèles à la base. 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif comprend une pluralité d'ailettes de refroidissement (120, 220), dont au moins deux groupes d'ailettes s'étendent suivant deux directions perpendiculaires entre elles. 3041080 11 Dispositif selon une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le dispositif comprend une pluralité d'ailettes de refroidissement (320) qui s'étendent de manière radiale suivant une pluralité de directions à partir d'une partie centrale de la base (310). Dispositif selon une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte une interface thermique disposée entre les ailettes de refroidissement et la base.. Dispositif selon une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la base (110) comprend, sur sa première face (112), des pions de sertissage (113) destinés à fixer un circuit imprimé sur cette face. Dispositif selon une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le dispositif comprend un couvercle (130) en Aluminium embouti, destiné à être fixé de manière étanche sur la première face de la base (110). Module lumineux pour un véhicule automobile comprenant au moins une source lumineuse à élément semi-conducteur et un circuit imprimé 20 comprenant un circuit de pilotage de l'alimentation de la ou des sources lumineuses, caractérisé en ce que le circuit imprimé est fixé sur un dispositif de dissipation thermique (100, 200, 300) du module, le dispositif étant conforme à une des revendications 1 à 11. 25 13. Module lumineux selon la revendication 12, caractérisé en ce que le circuit imprimé est recouvert de manière étanche par un couvercle du dispositif de dissipation thermique. 8. 5 9. 10 10. 11. 15 12.