» La sélection du dissipateur et paramètres mécaniques

La sélection du dissipateur pour lequel on considère les paramètres thermiques aussi bien que les conditions et les exigences mécaniques est tout à fait décisif par rapport au fonctionnement à long terme des appareils, des modules ou des installations. Pour la sélection du dissipateur, il ne suffit plus de restreindre les paramètres décisifs aux dimensions longueur, largeur, hauteur, afin d'évaluer la qualité il est d'autant important de comprendre les relations de tous les facteurs intervenants dans le système qui ont déjà été analysées pendant la phase de conception et qui influencent décisivement la qualité générale.

Les dissipateurs qui sont usinés comme profilés extrudés en alliage d'aluminium dépendent quelque fois d'autres paramètres que les pièces moulées sous pression ou les pièces en tôle cintrée et il faut prendre en compte encore d'autres conditions en vigueur lors d'un usinage par enlèvement des copeaux. Ainsi, des paramètres à l'analyse desquels il avait fallu accorder une grande importance déjà en phase d'études interfèrent souvent.

Lors de la conception général d'un appareil, le dissipateur est un élément qui doit être adapté à d'autres composants différents et il faut donc prendre en compte lors de la conception que pendant le processus d'usinage par extrusion les écarts des dimensions nominales, c'est-à-dire les tolérances peuvent être énormes. L'usinage d'un profilés extrudés se fait par enfoncement d'un bloc d'aluminium réchauffé, la bilette, au moyen d'un outillage, la matrice, en forme négative du profil à usiner. (Photo 1).

Les grandes forces de déformation actives pendant l'usinage des profilés causent de hautes tolérances équivalentes, c'est pourquoi il faut faire de grands efforts pour minimaliser ces tolérances.

Les normes DIN correspondantes permettent une marge de tolérance " , selon la grandeur des profilés de moins de dix à plusieurs millimètres. Il ne faut pas seulement considérer les cotes comme la longueur, la largeur et la hauteur, également l'angle de déviation (l'inclinaison), la torsion et la parallélité de faces planes ainsi que la tolérance de l'épaisseurs des parois ou la courbure de coupe transversale sont des paramètres importants d'évaluation. Vous trouverez les indications exactes dans les normes DIN 17615 et 1748 et nous vous recommandons de bien respecter ces normes.

La norme DIN 17615 est désignée de "Profilés de précision de AIMgSi05" et contient les tolérances limites pour les profilés extrudés qui ne dépassent pas un diamètre de profil comme cercle circonscrit de 300 mm. Si le diamètre du cercle circonscrit est supérieur à 300 mm, c'est la norme DIN 1748 qui s'applique. (Illustration 1).

L'usinage de profilés à marge de tolérance réduite cause des coûts considérables dûs au débit inférieur par unité de temps et un plus haut taux de rebut dû à la dépense élevée pour la sélection.

Un exemple doit montrer que même cet effort peut être avantageux: La planéité de la plaque d'embase du dissipateur (ici courbure de coupe traversale et torsion longitudinale) sur laquelle les composants par exemple IGBT sont vissés, est conforme à la norme DIN ± 1 mm, cependant, la planéité nécessaire pour un bon contact thermique du IGBT ne doit pas dépasser ± 0,5 mm; il reste à choisir entre deux possibilités: a) l'usinage par enlèvement de copeaux de la plaque d'embase du profilé (fraisage supplémentaire) rend possible d'atteindre une planéité de ± 0,2 mm et coûte la somme x, b) l'achat d'un dissipateur identique chez un constructeur renommé qui a pris soin d'usiner ses profilés avec une marge de tolérance réduite par exemple la moitié des cotes limites conformes à la normes DIN. Le prix du profilé a) est en effet plus avantageux que b), mais le profilé b) peut être monté entièrement ou partiellement sans usinage supplémentaire et réduit par-là considérablement les coûts. Ceci est valable par principe et concerne naturellement aussi les autres cotes limites comme l'angle de déviation et la parallélité de faces planes etc.

Cette marge de tolérance réduite est également d'une grande importance quand un profilé de refroidissement est monté dans un composant intégratif du boîtier, et toutes les conditions énumérées doivent contribuer à un fonctionnement parfait au niveau des cotes et de l'optique, mais qu'on veut éviter des travaux de fraisage importants. (Illustration 2).

S'il n'y a pas d'autres indications sur le plan, ce sont les tolérances générales suivant DIN 7168 ou bien DIN ISO 2768 qui s'appliquent pour l'usinage par enlèvement de copeaux d'un dissipateur, comme par exemple fraisage du profil, perçage ou taraudage etc. Normalement, on applique la classe de tolérance m = moyen, donc DIN 7168. Un exemple (Illustration 3) doit illustrer comment les tolérances générales, c'est-à-dire la tolérance d'extrusion et la tolérance de fabrication peuvent être avantageusement modifiées à l'aide d'un cotage adapté.

Seul le décalage du point zéro du bord extérieur vers le milieu du profilé peut réduire considérablement la marge de tolérance, dans cet exemple du facteur 1,1 mm par rapport à l'axe de symétrie. Afin d'éliminer la courbure de profilés extrudés, il est possible de façonner les plaques d'embase du dissipateur par fraisage supplémentaire.

Pour la détermination les profondeurs de perçage et de taraudage ainsi que les trous borgnes, il faut prendre en considération que l'enlèvement de copeaux réduit l'épaisseur de la plaque d'embase. (Photo 2)

Après le fraisage plan, l'épaisseur de la plaque d'embase peut être jusqu'à 0,8 mm inférieure à la valeur nominale parce que les tolérances du profil sont à 0,2 mm convexe (bombé) et à 0,8 mm concave (creux), voir l'exemple illustré (Illustration 4).

Les coupes dans l'exemple montrent l'usinage suivant DIN 74:

A) Perçage traversant suivant DIN 74 A m 3, lamage de la face de fond et dégagement des nervures.

B) Perçage traversant avec dégagement des nervures suivant DIN 74 H m 4 et lamage de la face de nervures.

C) Taraudage M 6, profondeur du taraudage calculer comme: calibre taraudage multiplié par 1,6 plus 2 mm de profondeur du carottage fait 11,6 mm. Trou percé dégagé à la base des nervures et lamage plan Ø 12 x 0,5 sur la face de fond.

D) Taraudage borgne M 4, profondeur du taraudage 4 x 1,6 = 6,4 mm plus 2 mm, fait une profondeur de 8,4 mm.

Les surfaces plus grandes de dissipateurs doivent être dressées à la fraise pour atteindre une bonne planéité. Si, dû à la fabrication, le diamètre de la fraise est plus petit que la surface à fraiser, le fraisage parallèle provoque ce qu’on appelle des bords de fraisage. Il s'agit ici de bords dans les millièmes ou maximum les centièmes de millimètre qui n'ont en général aucune influence sur le fonctionnement de la transmission de la chaleur ou sur le montage. (Illustration 5)

Au cas où vous ne voulez pas que ces lignes de fraisage soient visibles, il serait utile d'indiquer dans le dessin les secteurs où les bords de fraisage ne sont pas souhaitables. Nous répondrons à vos demandes dans la mesure des moyens techniques.

Nous venons de montrer par nos explications que la classification et la coordination des tolérances de moulage et d'usinage ne pose absolument pas de problème si l'on se sert avec conscience des possibilités de manipulation courantes. Il est donc possible de réduire les coûts et les délais de livraison en classifiant les critères de sélection du dissipateur en fonction de son application future.

Le constructeur de dissipateur expliquera volontiers les critères de sélection, et coopérera avec le client en vue pour un développement compétent de spécifications du produit. Il offrira ainsi une solution optimale.

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