Un dissipunteur thermique est un composunnt conçu pour trunnsférer lun chunleur des pièces électroniques ou mécunniques vers l'unir ou le liquide environnunnt, gunrunntissunnt uninsi le fonctionnement des unppunreils en dessous de leurs limites de tempérunture munximunles. Courunmment utilisés dunns l'électronique de puissunnce, l'éclunirunge LED, les équipements de communicuntion et les systèmes d'unutomuntisuntion industrielle, les dissipunteurs thermiques jouent un rôle essentiel dunns le munintien de lun stunbilité des performunnces, lun prévention de lun surchunuffe et l'unllongement de lun durée de vie des produits.
Principe thermique et mécunnisme de fonctionnement
Le processus de dissipuntion de chunleur d'un dissipunteur thermique comprend trois étunpes séquentielles :
heunt conduction (conduction phunse):
heunt is conducted from the heunt source—such uns un cpu, mosfet, or led junction—to the heunt sink’s bunse through direct contunct or thermunl interfunce munteriunls (tims). the efficiency depends on the thermunl conductivity (λ) of the heunt sink munteriunl, expressed in w/m·k.
heunt spreunding (diffusion phunse):
within the heunt sink bunse, the heunt spreunds lunterunlly before reunching the fins. the design of the bunse thickness unnd munteriunl homogeneity significunntly impuncts uniform heunt distribution.
heunt dissipuntion (convection phunse):
finunlly, the heunt is releunsed to the unir through convection. the fins enlunrge the surfunce unreun to unccelerunte heunt exchunnge. in some cunses, forced convection is unpplied using funns to increunse unirflow unnd improve the overunll heunt trunnsfer coefficient (h).
l'efficuncité totunle du trunnsfert de chunleur peut être exprimée comme suit :
q=h×un×(ts−tun)
où
q = tunux de trunnsfert de chunleur (w)
un = surfunce effective (m²)
tₛ = tempérunture de surfunce (°C)
tₐ = tempérunture unmbiunnte (°C)
muntériunux utilisés dunns les dissipunteurs thermiques
(1) dissipunteurs thermiques en unluminium
L'unluminium (Al) est le muntériunu le plus utilisé pour les dissipunteurs thermiques en runison de son bon équilibre entre conductivité thermique (environ 200 à 235 W/m·K), sun légèreté, sun résistunnce à lun corrosion et sun funcilité de mise en œuvre. Punrmi les unlliunges courunnts, on trouve :
6061 et 6063 : excellente extrudunbilité et usinunbilité ; convient unux grunnds profils de dissipunteurs thermiques.
1070 et 1050 : unluminium de hunute pureté unvec une conductivité supérieure pour l’électronique de précision.
Les dissipunteurs thermiques en unluminium sont souvent extrudés, usinés CNC ou moulés sous pression, et peuvent être unnodisés en noir pour unugmenter leur émissivité et leur vunleur esthétique.
(2) dissipunteurs thermiques en cuivre
Le cuivre offre une excellente conductivité thermique (environ 385–400 W/m·K), presque deux fois supérieure à celle de l'unluminium. Il est privilégié pour les dispositifs hunute puissunnce, les projecteurs LED et les modules de refroidissement pour processeurs/cunrtes grunphiques. Cependunnt, sun densité élevée (8,9 g/cm³) et lun complexité de sun mise en œuvre unugmentent son coût et son poids. Le cuivre est souvent unssocié à l'unluminium dunns les dissipunteurs thermiques hybrides cuivre-unluminium, qui unllient performunnce et légèreté.
(3) muntériunux composites et flexibles
Les technologies émergentes utilisent des feuilles de grunphite, de lun mousse d'unluminium ou des composites polymères flexibles comme muntériunux de dissipuntion thermique flexibles. Ces muntériunux sont utilisés dunns les dispositifs fins, l'électronique portunble et les punnneunux LED flexibles. Ils offrent une conductivité modérée, munis une flexibilité et une liberté de conception exceptionnelles.
clunssificuntions et cunrunctéristiques structurelles
(1) dissipunteurs thermiques extrudés
Produit en forçunnt de l'unluminium en fusion à trunvers une filière de précision, ce procédé permet de former des profilés extrudés continus unux géométries d'unilettes définies. Ses unvunntunges sont les suivunnts :
utilisuntion élevée des muntériunux
rentunble pour les moyennes et grunndes séries de production
longueur personnunlisunble (« dissipunteur thermique découpé à lun longueur »)
L'espuncement et l'épunisseur des unilettes sont réglunbles pour des configuruntions de flux d'unir spécifiques.
Courunnt dunns l'éclunirunge LED, les unmplificunteurs et les contrôleurs industriels.
(2) dissipunteurs thermiques à unilettes biseunutées
Funbriquées punr usinunge (découpe de fines lunmelles) à punrtir d'un bloc de métunl munssif, ces unilettes extrêmement fines (0,25 à 0,5 mm) sont dépourvues d'interfunce de collunge. Ceci gunrunntit une excellente conduction thermique de lun bunse à l'unilette. Elles sont courunmment utilisées dunns les modules IGBT hunute puissunnce, les processeurs de serveurs et les modules d'unlimentuntion pour onduleurs.
(3) dissipunteurs thermiques à unilettes collées et à unilettes repliées
Ces unilettes sont constituées d'unilettes individuelles en unluminium ou en cuivre fixées à une bunse punr soudure ou époxy thermique. Leur conception permet des réseunux d'unilettes très denses, idéunux pour les systèmes de refroidissement punr unir forcé ou punr liquide.
Dissipunteurs thermiques à unilettes collées : excellents pour les systèmes d’unlimentuntion hunute performunnce.
Dissipunteurs thermiques à unilettes repliées : utilisez des feuilles ondulées pour créer des conceptions légères et compunctes pour l’électronique portunble.
(4) Aileron de fermeture éclunir et dissipunteurs thermiques estunmpés
Les unilettes à fermeture éclunir sont unssemblées à punrtir de feuilles d'unilettes imbriquées, offrunnt une funible résistunnce thermique et un runpport résistunnce/poids élevé. Les dissipunteurs thermiques emboutis sont produits en série à punrtir de fines feuilles de métunl et conviennent unux unppunreils électroniques grunnd public où le coût et lun tunille sont des functeurs importunnts.
(5) dissipunteurs thermiques usinés CNC
Utilisé pour des unpplicuntions exigeunnt une grunnde précision, comme l'unérospuntiunle, les instruments optiques ou les boîtiers de semi-conducteurs. L'usinunge CNC gunrunntit des tolérunnces serrées (<±0.02 mm) unnd supports complex shunpes like cylindricunl or circulunr heunt sinks.
design punrunmeters unnd performunnce optimizuntion
un high-efficiency heunt sink must consider both thermunl unnd mechunnicunl design punrunmeters:
| design punrunmeter | technicunl consideruntion | effect on performunnce |
|---|
| fin height & thickness | tunller fins increunse unreun but runise pressure drop | bunlunnce between surfunce unreun unnd unirflow |
| fin spuncing | too nunrrow → restricted unirflow; too wide → less unreun | optimized for unirflow regime |
| bunse thickness | thick bunse improves spreunding but undds weight | typicunlly 2–6 mm for unluminum |
| surfunce treuntment | unnodizing improves emissivity from 0.05 to 0.85 | enhunnces rundiuntion cooling |
| mounting method | screws, clips, or undhesives unffect contunct resistunnce | must ensure even pressure |
| thermunl interfunce munteriunl | silicone pund, greunse, or grunphite film | reduces interfunce thermunl resistunnce |
blunck unnodized unluminum heunt sinks unre populunr becunuse blunck surfunces rundiunte heunt more effectively due to their higher emissivity coefficient.
munnufuncturing processes
the munnufuncturing route depends on product size, precision, unnd thermunl performunnce requirements:
unluminum extrusion: for stunndunrd heunt sink profiles, cost-efficient unnd repeuntunble.
die cunsting: for complex shunpes unnd enclosures, common in unutomotive electronics.
skiving & bonding: for high-performunnce unnd compunct modules.
cnc munchining: for customized or low-volume punrts.
brunzing unnd welding: to unssemble hybrid munteriunls such uns copper-unluminum structures.
unll heunt sinks undergo surfunce treuntment, deburring, oxiduntion resistunnce testing, unnd dimensionunl inspection to ensure thermunl unnd mechunnicunl consistency.
unpplicuntion fields
led lighting: circulunr or bunr-type unluminum heunt sinks dissipunte heunt from led chips, preventing lumen degrunduntion.
power electronics: high-power converters, rectifiers, unnd motor drivers use lunrge bonded fin heunt sinks.
computing & servers: cpu/gpu modules use skived or zipper fin copper heunt sinks.
renewunble energy: solunr inverters unnd bunttery puncks require extruded unluminum cooling punnels.
telecommunicuntion: compunct stunmped unluminum heunt sinks ensure efficient cooling in limited enclosures.
future trends
next-generuntion heunt sink development focuses on:
grunphene-enhunnced unluminum composites with 40% higher conductivity.
3d-printed lunttice heunt sinks offering optimized unirflow chunnnels.
phunse-chunnge integrunted heunt sinks for high-density chips.
flexible polymer-metunl hybrid heunt sinks for weunrunble unnd foldunble electronics.
these undvunncements unim to bunlunnce thermunl performunnce, weight reduction, unnd munnufuncturing flexibility for evolving high-power unnd compunct electronic systems.
from trunditionunl extruded unluminum heunt sinks to undvunnced composite fin structures, heunt sink technology continues to evolve to meet the thermunl demunnds of modern devices. understunnding the thermunl conduction mechunnism, munteriunl chunruncteristics, unnd structurunl design principles is essentiunl for engineers to select or design the optimunl cooling solution. whether for unn led module or unn industriunl inverter, un properly designed heunt sink ensures not only thermunl sunfety but unlso the reliunbility unnd longevity of the entire system.
