Brevet FR3062279A1 — publié le 20180727

L'invention concerne le domaine des dissipateurs thermiques. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION En référence aux figures la, lb et lc, on utilise classiquement, pour favoriser l'évacuation de la chaleur produite par un composant, un dissipateur thermique à ailettes 1. Le composant est par exemple un composant électronique intégré dans un équipement électrique. L'équipement électrique est par exemple une passerelle résidentielle, uh boîtier décodeur, une console de jeux vidéo, un ordinateur, etc. Le composant (électronique est fixé au dissipateur 1. La chaleur produite par le composant électronique est transmise par conduction au dissipateur 1, puis est évacuée par convection grâce aux ailettes 2 du dissipateur 1. Le dissipateur 1 est souvent associé à un ventilateur qui est lui aussi intégré dans l'équipement électrique. Le ventilateur génère un flux d'air qui augmente l'efficacité de l'échange thermique au niveau des ailettes 2, et donc qui améliore l'évacuation de la chaleur. On parle alors de convection forcée (et de convection naturelle en l'absence de ventilateur). L'évacuation de chaleur est très performante lorsque la direction D du flux d'air est parallèle à un axe X qui s'étend selon la longueur des ailettes 2 (cas de la figure la), mais est beaucoup moins performante lorsque la direction D du flux d'air est orthogonale à l'axe X (cas des figures lb et lc). De manière générale, l'équipement électrique est prévu pour être utilisé en étant installé dans une position nominale (par exemple dans une position verticale). Cependant, un utilisateur peut parfaitement utiliser l'équipement électrique dans une position 3062279 2 différente, de sorte que la direction du flux d'air n'est pas parallèle à l'axe X. Dans ce cas, l'évacuation de la chaleur produite par le composant électronique n'est pas optimale. 5 On a envisagé, comme alternative au dissipateur thermique à ailettes 1, d'utiliser une mousse métallique permettant à l'air de circuler dans toutes les directions, et donc d'assurer une évacuation des calories indépendante de l'orientation de l'équipement électrique. 10 Une telle mousse métallique ne peut cependant pas être reproduite à l'identique, et n'est donc pas compatible avec des exigences d'industrialisation permettant une production de masse. OBJET DE L'INVENTION 15 L'invention a pour objet un dissipateur thermique dont l'efficacité ne dépend pas de l'orientation de l'équipement dans lequel il est intégré, et qui soit simple à fabriquer et reproductible. RESUME DE L'INVENTION 20 En vue de la réalisation de ce but, on propose un dissipateur thermique destiné à évacuer une chaleur produite par un composant tel qu'un composant électronique, comprenant une pluralité de plaques élémentaires empilées face contre face, chaque plaque 25 élémentaire étant thermiquement conductrice et comportant une pluralité de premiers évidements qui traversent la plaque élémentaire et qui s'étendent selon des premières directions parallèles entre elles, une pluralité de deuxièmes évidements qui s'étendent dans la plaque 30 élémentaire selon des deuxièmes directions parallèles entre elles, et une pluralité de troisièmes évidements qui s'étendent dans la plaque élémentaire selon des troisièmes directions parallèles entre elles, chaque premier évidement débouchant dans un deuxième évidement 35 et dans un troisième évidemment pour former une cavité 3062279 3 ouverte sur l'extérieur, les cavités communiquant entre elles par les deuxièmes évidements et les troisièmes évidements. Le dissipateur thermique est donc relativement 5 simple à fabriquer et parfaitement reproductible, puisqu'il est composé de plaques élémentaires semblables empilées les unes sur les autres, dans lesquelles sont pratiqués des premiers évidements parallèles entre eux, des deuxièmes évidements parallèles entre eux et des 10 troisièmes évidements parallèles entre eux. Un moule permettant de fabriquer les plaques élémentaires est donc relativement simple. Les plaques élémentaires comprennent ainsi des cavités qui s'étendent selon trois dimensions. 15 L'efficacité du dissipateur thermique ne dépend donc pas de l'orientation de l'équipement électrique dans lequel sont intégrés le composant et le dissipateur thermique. On propose de plus un équipement électrique comprenant un composant électronique et un dissipateur 20 thermique tel que celui qui vient d'être décrit. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention. 25 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - les figures la, lb, et lc représentent un dissipateur thermique à ailettes selon l'art antérieur ; 30 - les figures 2a, 2b, 2c et 2d sont respectivement des vues en perspective et de dessus, de dessus, d'un premier côté, et d'un deuxième côté d'une plaque élémentaire intermédiaire d'un dissipateur thermique selon un premier mode de réalisation de l'invention ; 3062279 4 - les figures 3a, 3b, 3c et 3d sont respectivement des vues en perspective et de dessus, de dessus, d'un premier côté, et d'un deuxième côté d'une plaque élémentaire de base du dissipateur thermique selon le premier mode de 5 réalisation de l'invention ; - les figures 4a, 4b, 4c et 4d sont respectivement des vues en perspective, de dessous, d'un premier côté, et d'un deuxième côté du dissipateur thermique selon le premier mode de réalisation de l'invention ; 10 - les figures 5a, 5b, 5c et 5d sont respectivement des vues en perspective et de dessus, de dessus, d'un premier côté, et d'un deuxième côté d'une plaque élémentaire de base d'un dissipateur thermique selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; 15 - les figures 6a, 6b, 6c et 6d sont respectivement des vues en perspective, de dessous, d'un premier côté, et d'un deuxième côté du dissipateur thermique selon le deuxième mode de réalisation de l'invention ; - les figures 7a, 7b, 7c et 7d sont respectivement des 20 vues en perspective, de dessous, d'un premier côté, et d'un deuxième côté du dissipateur thermique selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; - les figures 8a, 8b, 8c et 8d sont respectivement des vues en perspective, de dessous, d'un premier côté, et 25 d'un deuxième côté du dissipateur thermique selon un quatrième mode de réalisation de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence aux figures 2a à 2d, 3a à 3d et 4a à 4d, un dissipateur thermique selon un premier mode de 30 réalisation de l'invention 10 est ici destiné à évacuer une chaleur produite par un composant électronique. Le composant électronique et le dissipateur thermique 10 sont intégrés dans un équipement électrique. Le dissipateur thermique 10 comprend une pluralité 35 de plaques élémentaires 11 empilées face contre face. Le 3062279 5 dissipateur thermique 10 est donc formé par une pile de plaques élémentaires 11. Les plaques élémentaires 11 comprennent des plaques élémentaires intermédiaires lia et une plaque élémentaire 5 de base 11b, qui est située sur le dessous de la pile. On note que, dans cette description, les termes « dessous » et « dessus » sont utilisés en relation avec les figures pour mieux décrire celles-ci, et que les positions relatives des éléments du dissipateur thermique 10 dépendent bien sûr de l'orientation du dissipateur thermique. Chaque plaque élémentaire intermédiaire lia comporte une pluralité de premiers évidements 12 qui traversent la plaque élémentaire intermédiaire lia et qui s'étendent 15 selon des premières directions X1 parallèles entre elles. Les premières directions X1 sont ici orthogonales aux faces 13 de la plaque élémentaire intermédiaire lia. Les premiers évidements 12 présentent chacun une section circulaire. 20 La plaque élémentaire intermédiaire lia comporte aussi une pluralité de deuxièmes évidements 14 qui s'étendent dans la plaque élémentaire intermédiaire lia selon des deuxièmes directions X2 parallèles entre elles. Les deuxièmes directions X2 sont parallèles à deux 25 premiers côtés 15a de la plaque élémentaire intermédiaire 11a. Les deuxièmes directions X2 sont orthogonales aux premières directions Xi. Les deuxièmes évidements 14 présentent chacun une section semi-circulaire. 30 Les deuxièmes évidements 14 comprennent des deuxièmes évidements supérieurs 14a qui s'étendent sur une partie supérieure de la plaque élémentaire intermédiaire lia, et des deuxièmes évidements inférieurs -14b qui s'étendent sur une partie inférieure de la plaque 35 élémentaire intermédiaire lia. Chaque deuxième évidemment 3062279 6 supérieur 14a s'étend parallèlement et au-dessus d'un deuxième évidemment inférieur 14b, et chaque deuxième évidemment inférieur 14b s'étend parallèlement et au-dessous d'un deuxième évidemment supérieur 14a. 5 La plaque élémentaire intermédiaire lia comporte aussi une pluralité de troisièmes évidements 16 qui s'étendent dans la plaque élémentaire intermédiaire lia selon des troisièmes directions X3 parallèles entre elles. Les troisièmes directions X3 sont parallèles à 10 deux deuxièmes côtés 15b de la plaque élémentaire intermédiaire lia. Les troisièmes directions X3 sont orthogonales aux deuxièmes directions X2. Les troisièmes évidements 16 présentent chacun une section semi-circulaire. 15 Les troisièmes évidements 16 comprennent des troisièmes évidements supérieurs 16a qui s'étendent sur une partie supérieure de la plaque élémentaire intermédiaire lia, et des troisièmes évidements inférieurs 16b qui s'étendent sur une partie inférieure 20 de la plaque élémentaire intermédiaire lia. Chaque troisième évidemment supérieur 16a s'étend parallèlement et au-dessus d'un troisième évidemment inférieur 16b, et chaque troisième évidemment inférieur 16b s'étend parallèlement et au-dessous d'un troisième évidemment 25 supérieur 16a. Chaque premier évidement 12 débouche dans un deuxième évidemment supérieur 14a, dans un deuxième évidemment inférieur 14b, dans un troisième évidement supérieur 16a et dans un troisième évidemment inférieur 30 16b, pour former une cavité 18 ouverte sur l'extérieur. Les cavités 18 communiquent entre elles par les deuxièmes évidements 14 et les troisièmes évidements 16. Les cavités 18 de la plaque élémentaire intermédiaire lia confèrent à la plaque élémentaire 35 intermédiaire lia un taux d'ouverture compris entre 45% 3062279 7 et 55% de la surface des faces 13 de la plaque élémentaire intermédiaire lia. Le taux d'ouverture est en l'occurrence égal ici à 50% de la surface des faces 13 de la plaque élémentaire intermédiaire lia. 5 La plaque élémentaire de base llb comporte quant à elle des premiers évidements 19 semblables à ceux d'une plaque élémentaire intermédiaire lia, des deuxièmes évidements supérieurs 20a semblables à ceux (14a) d'une plaque élémentaire intermédiaire lla, et des troisièmes 10 évidements supérieurs 21a semblables à ceux (16a) d'une plaque élémentaire intermédiaire lia. La plaque élémentaire de base llb ne comporte donc pas de deuxièmes évidements inférieurs et de troisièmes évidements inférieurs, de sorte que la plaque élémentaire 15 de base llb présente une face d'appui 23 sensiblement plane, qui est en l'occurrence une face inférieure de la plaque élémentaire de base 11b. Ainsi, seuls les premiers évidements 19 débouchent sur la face d'appui 23 de la plaque élémentaire de base 11b. 20 Chaque premier évidement 19 débouche dans un deuxième évidemment supérieur 20a et dans un troisième évidement supérieur 21a pour former une cavité 22 ouverte sur l'extérieur. Les cavités 22 communiquent entre elles par les 25 deuxièmes évidements supérieurs 20a et les troisièmes évidements supérieurs 21a. Le taux d'ouverture est à nouveau égal à 50% de la surface des faces de la plaque élémentaire de base 11b. Une surface plane et pleine 24, ici de forme carrée, 30 s'étend sur une portion partielle et excentrée de la face d'appui 23. La surface plane et pleine 24 est destinée à être positionnée contre le composant électronique, de sorte que la chaleur produite par le composant électronique 35 soit transmise par conduction, via la surface plane et 3062279 8 pleine 24, au dissipateur thermique 10. La conduction thermique entre les différentes plaques élémentaires 11 est assurée grâce aux contacts direct plan sur plan entre des portions planes 25 des 5 faces en contact des plaques élémentaires 11. Chaque plaque élémentaire 11 est thermiquement conductrice. Chaque plaque élémentaire 11 comprend un matériau métallique ou non, ayant des propriétés de conduction thermique. Les plaques élémentaires 11 10 comprennent par exemple de l'aluminium, du cuivre, du plastique chargé tel que du Stanyl® TC153, etc. Chaque plaque élémentaire 11 est par exemple fabriquée par une technique de moulage par injection, par frittage ou par extrusion. 15 Les plaques élémentaires 11 sont fixées entre elles grâce à des moyens de fixation comprenant par exemple des vis (traversantes ou non) ou des clips, ou bien par pinçage, soudage, collage, emboutissage, frettage, bouterollage, etc. 20 L'indexation, l'alignement et le centrage des plaques élémentaires 11 entre elles sont réalisés par emboîtage de picots ou de nervures dans des trous ou des rainures, par ouverture de part en part avec des vis ou des goupilles, ou bien par tout autre type de dispositif 25 d'indexation et d'alignement, grâce à des goujons, des agrafes, etc. Avantageusement, les cavités 18, 22 des plaques élémentaires 11 sont remplies au moins partiellement par une mousse thermiquement conductrice ou par un gel 30 thermiquement conducteur. On améliore ainsi la conduction thermique entre les différentes plaques élémentaires 11. On obtient donc un dissipateur thermique parfaitement modulable composé d'un nombre quelconque de plaques élémentaires intermédiaires 11a. Il est aussi 35 possible d'utiliser plusieurs plaques élémentaires de 3062279 9 base 11b. En référence aux figures 5a à 5d et 6a à 6d, un dissipateur thermique selon un deuxième mode de réalisation de l'invention 30 comporte une pluralité de 5 plaques élémentaires intermédiaires 31 semblables aux plaques élémentaires intermédiaires 11a, et deux plaques élémentaires de base 32a, 32h. Les plaques élémentaires intermédiaires 31 sont positionnées entre les deux plaques élémentaires de base 32a, 32b. 10 Chaque plaque élémentaire de base 32 est semblable à la plaque élémentaire de base llb du premier mode de réalisation de l'invention, si ce n'est que la surface plane et pleine 33 de la face d'appui 34 de la plaque élémentaire de base 32 s'étend sur la totalité de la 15 d'appui 34. Ainsi, des composants électroniques peuvent fixés au dissipateur thermique 30 pour face être leur refroidissement sur la surface plane et pleine 33 de la face d'appui 34 supérieure et sur la surface plane et 20 pleine 33 de la face d'appui 34 inférieure du dissipateur thermique 30. En référence aux figures 7a à 7d, un dissipateur thermique selon un troisième mode de réalisation de l'invention 40 est semblable au dissipateur thermique 10, 25 si ce n'est qu'un ventilateur 41 est positionné contre une face supérieure 42 du dissipateur thermique 40. La face supérieure 42 sur laquelle est positionné le ventilateur 41 est la face opposée de la face d'appui 43 de la plaque élémentaire de base 44, de sorte qu'un axe 30 central Y1 du ventilateur 41, orthogonal à un plan dans lequel s'étend le ventilateur 41, est orthogonal à la face d'appui 43. On obtient donc un ventilateur 41 et un dissipateur thermique 40 intégrés dans un même module de 35 refroidissement. Ce module de refroidissement est 3062279 10 particulièrement avantageux en matière d'efficacité de refroidissement, d'intégration et de coût. En référence aux figures 8a à 8d, un dissipateur thermique selon un quatrième mode de réalisation de 5 l'invention 50 est semblable au dissipateur thermique 40, si ce n'est que le ventilateur 51 est positionné contre une face latérale 52 du dissipateur thermique 50. Un axe central Y2 du ventilateur 51, orthogonal à un plan dans lequel s'étend le ventilateur, est donc parallèle à la 10 face d'appui 53 de la plaque élémentaire de base 54. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications. 15 Bien que les dissipateurs thermiques décrits ici soient utilisés pour refroidir des composants électroniques, il est possible d'utiliser un dissipateur thermique selon l'invention pour refroidir un composant qui n'est pas un composant électronique, par exemple un 20 moteur. Chaque dissipateur thermique peut bien sûr être utilisé pour refroidir non pas un mais plusieurs composants, qui sont alors positionnés contre la (ou les) surface plane et pleine de la face d'appui. 25 On a ici indiqué que la section des évidements est circulaire ou semi-circulaire. La section des évidements peut bien sûr être de forme différente, par exemple carrée ou en nid d'abeille. On note aussi que les dimensions des cavités et 30 leurs écartements et entraxes sont définis en fonction du refroidissement souhaité, de la dimension et de la puissance du ou des composants à refroidir, du type de convection (forcée ou naturelle), des caractéristiques du (ou des) matériau choisi pour fabriquer les plaques 35 élémentaires, et de la résistance mécanique requise par 3062279 11 l'application dans laquelle le dissipateur thermique est utilisé. Les dimensions, les formes et les agencements des éléments constituant le dissipateur thermique peuvent donc être différents de ceux qui sont décrits ou 5 représentés ici. REVENDICATIONS1. Dissipateur thermique destiné à évacuer une chaleur produite par un composant tel qu'un composant électronique, comprenant une pluralité de plaques élémentaires (11 ; 31 ; 32) empilées face contre face, chaque plaque élémentaire étant thermiquement conductrice et comportant une pluralité de premiers évidements (12 ; 19) qui traversent la plaque élémentaire et qui s'étendent selon des premières directions (X1) parallèles entre elles, une pluralité de deuxièmes évidements (14 ; 20a) qui s'étendent;dans la plaque élémentaire selon des deuxièmes directions (X2) parallèles entre elles, et une pluralité de troisièmes évidements (16 ; 21a) qui s'étendent dans la plaque élémentaire selon des troisièmes directions (X3) parallèles entre elles, chaque premier évidement (12) débouchant dans un deuxième évidement (14) et dans un troisième évidemment (16) pour former une cavité (18 ; 22) ouverte sur l'extérieur, les cavités communiquant entre elles par les deuxièmes évidements et les troisièmes évidements. 2. Dissipateur thermique selon la revendication 1, dans lequel les premières directions (X1) sont orthogonales aux deuxièmes directions (X2) qui sont orthogonales aux troisièmes directions (X3). 3. Dissipateur thermique selon la revendication 1, dans lequel les deuxièmes évidements et/ou les troisièmes évidements comportent des évidements supérieurs (14a, 16a ; 20a, 21a) et des évidements inférieurs (14b, 16b) qui s'étendent respectivement sur une partie supérieure et sur une partie inférieure de la plaque élémentaire. 4. Dissipateur thermique selon la revendication 1, dans lequel les premiers évidements présentent une section circulaire, et dans lequel les deuxièmes évidements et les troisièmes évidements présentent une 3062279 13 section semi-circulaire. 5. Dissipateur thermique selon la revendication 1, dans lequel la pluralité de plaques élémentaires comporte des plaques élémentaires intermédiaires (11a ; 31) et une 5 plaque élémentaire de base (11b ; 32a, 32b) qui présente une face d'appui (23 ; 34) comprenant une surface plane et pleine (24 ; 33) destinée à être positionnée contre le composant. 6. Dissipateur thermique selon la revendication 5, 10 comportant deux plaques élémentaires de base (32a, 32b), les plaques élémentaires intermédiaires (31) étant positionnées entre les deux plaques élémentaires de base (32a, 32b). 7. Dissipateur thermique selon la revendication 15 5, dans lequel la surface plane et pleine (24) s'étend sur une portion partielle et excentrée de la face d'appui. 8. Dissipateur thermique selon la revendication 5, dans lequel la surface plane et pleine (33) s'étend sur 20 la totalité de la face d'appui. 9. Dissipateur thermique selon la revendication 5, dans lequel la face d'appui est sensiblement plane, et dans lequel seuls les premiers évidements (19) débouchent sur la face d'appui (23). 25 10. Dissipateur thermique selon la revendication 1, dans lequel une mousse thermiquement conductrice ou un gel thermiquement conducteur remplit au moins partiellement les cavités (18). 11. Dissipateur thermique selon la revendication 1, 30 dans lequel les cavités (18) de chaque plaque élémentaire confèrent à la plaque élémentaire un taux d'ouverture compris entre 45% et 55% de la surface de faces de la plaque élémentaire. 12. Dissipateur thermique selon la revendication 1, 35 dans lequel un ventilateur (41 ; 51) est positionné 3062279 14 contre une face du dissipateur thermique. 13. Equipement électrique comprenant un composant électronique et un dissipateur thermique selon l'une des revendications précédentes.