Dissipateur thermique à ailettes empilées en feuille d'aluminium

01/19 2026

Dissipateur thermique à ailettes empilées en feuille d'aluminium : une architecture flexible pour une conception thermique moderne

Dans la plupart des revues de conception, les dissipateurs thermiques sont traités comme une géométrie fixe : découpés, usinés, extrudés, éventuellement liés. Le dissipateur thermique à ailettes empilées en feuille d’aluminium brise cette hypothèse. Au lieu d'être un corps solide unique, il s'agit d'une architecture en couches : des centaines de feuilles d'aluminium ultra fines empilées ou disposées en une forêt dense d'ailettes, puis fixées ensemble par brasage, collage par diffusion ou adhésifs de haute fiabilité.

De loin, il ressemble à n’importe quel autre bloc à ailettes. De près, il se comporte davantage comme un origami métallique : une grande surface, un comportement de flux d'air réglable et une structure qui peut être adaptée presque continuellement plutôt que sculptée dans une billette monolithique.

Ci-dessous, nous examinerons cette technologie non pas comme un élément de base, mais comme une plate-forme thermique modulaire qui échange la masse contre une microgéométrie contrôlable, permettant des performances que les dissipateurs thermiques conventionnels ont du mal à égaler à des vitesses d'air faibles à moyennes.

L’architecture : la surface comme primitive de conception

Dans un dissipateur thermique à ailettes empilées en feuille d'aluminium, la principale variable de conception n'est pas seulement l'épaisseur ou l'espacement des ailettes ; il s'agit du comportement local du flux d'air entre des feuilles très fines et du coefficient de transfert thermique qui en résulte. L'épaisseur typique de la feuille varie d'environ 0,05 à 0,3 mm, bien plus fine que les ailettes des éviers extrudés ou usinés.

Cette épaisseur d’aileron extrêmement faible permet :

• Une densité d'ailerons plus élevée (plus d'ailerons par unité de largeur)
• Une surface mouillée beaucoup plus grande pour le même volume
• Résistance thermique réduite à des chutes de pression modestes

Là où un évier extrudé peut avoir un pas d'ailettes de 2 à 4 mm, les piles de feuilles peuvent facilement descendre en dessous de 1 mm tout en contrôlant la chute de pression avec des motifs de persiennes, des segments d'ailettes décalés ou des géométries coniques.

Au lieu de choisir un seul profil d'ailette et de le verrouiller pour l'ensemble du composant, les ingénieurs peuvent varier la forme de la feuille dans les zones : plus dense dans les points chauds, plus ouverte là où la chute de pression est critique, ou avec des micro-persiennes pour améliorer les turbulences dans des régions spécifiques du flux d'air.

Le dissipateur thermique devient moins un bloc passif qu’un élément de sculpture de flux qui interagit délibérément avec l’air de refroidissement.

Matériau et état : pourquoi le papier d'aluminium se comporte différemment

Le format de feuille mince amplifie le rôle du choix et de la trempe de l’alliage. Dans les conceptions d’ailerons empilés, vous ne choisissez pas simplement « l’aluminium » ; vous choisissez une combinaison de conductivité thermique, de formabilité, de résistance à la température de brasage et de stabilité après brasage.

Familles courantes d'alliages/de trempe pour les ailerons en aluminium :

• Série 1xxx (par exemple 1100-O) : conductivité très élevée, excellente formabilité, relativement souple
• Série 3xxx (ex. 3003-H14 ou 3003-O) : bon compromis entre conductivité, résistance et brasabilité
• Les séries 6xxx sont moins courantes pour les feuilles ultra-minces en raison des limites de formage pour les petites épaisseurs

Une comparaison représentative des propriétés à température ambiante :

* La série 8xxx apparaît dans certains produits spécialisés en aluminium et peut être utilisée là où des équilibres spécifiques de formation et de résistance sont souhaités.

La sélection du tempérament est un exercice d’équilibre. Les états plus doux comme O sont plus faciles à former en formes de persiennes complexes sans se fissurer et peuvent bien s'adapter aux montages de brasage. Les états plus durs comme le H14 aident à maintenir la rectitude et la rigidité des ailettes pendant l'assemblage et la manipulation, mais doivent être gérés avec soin pendant le brasage ou le collage à haute température pour éviter un ramollissement excessif.

Étant donné que la feuille est si fine, même de modestes ajouts d’alliage ou changements de trempe peuvent modifier considérablement les limites de formage, le retour élastique et la résistance aux vibrations. En d’autres termes, la métallurgie compte ici plus que dans un bloc lourd extrudé.

Méthodes d'assemblage : le moteur caché de la fiabilité

Les dissipateurs thermiques à ailettes empilées sont aussi bons que leurs joints. Entre la plaque de base et la feuille, et entre feuille à feuille (dans certaines conceptions), la méthode de liaison détermine à la fois l'efficacité du chemin thermique et l'intégrité mécanique à long terme.

les approches de jonction comprennent :

• Brasage sous atmosphère contrôlée (CAB) : courant avec les ailettes de la série 3xxx sur des bases 3xxx ou 6xxx utilisant une couche de revêtement. Il donne une liaison métallique avec un excellent contact thermique et une bonne résistance à la fatigue.
• Brasage sous vide : privilégié lorsque des joints sans flux, des surfaces plus propres ou une intégrité plus élevée sont requis (par exemple, aérospatiale, électronique de puissance haute fiabilité).
• Liaison par diffusion ou procédés à l'état solide : utilisés dans des applications haut de gamme de niche nécessitant des interfaces extrêmement propres ou des géométries de stratifié inhabituelles.
• Adhésifs à haute conductivité : acceptables pour les conceptions à faible consommation et sensibles aux coûts, mais avec une résistance d'interface thermique plus élevée et davantage de préoccupations en matière de vieillissement et de dégazage.

Comportement des flux : transformer les contraintes laminaires en un outil de conception

Dans les éviers conventionnels dotés d'ailettes plus épaisses, la performance de poussée signifie généralement augmenter la vitesse de l'air ou recourir à des turbulences forcées à l'aide de ventilateurs ou de géométries de soufflantes. Dans les piles de feuilles, vous pouvez à la place manipuler la microgéométrie pour façonner le champ d’écoulement à l’intérieur du réseau d’ailettes.

En utilisant des ailettes en bande décalées, des persiennes perforées ou des languettes décalées dans le film, les concepteurs peuvent :

• Favoriser la turbulence locale à des vitesses globales relativement faibles
• Perturber les couches limites thermiques à plusieurs reprises le long du trajet du flux d'air
• Redistribuer les flux pour atteindre des zones qui autrement stagneraient

Ceci est particulièrement utile dans les applications où la puissance du ventilateur est limitée ou où le bruit limite le flux d'air, comme les stations de base de télécommunications, l'avionique et les équipements médicaux. Le dissipateur thermique devient un générateur de turbulence passif qui fonctionneavecle débit d'air donné au lieu de dépendre du refroidissement par force brute.

De plus, les ailettes empilées peuvent être orientées ou réglées pour des régimes d'écoulement spécifiques :

• Pour une convection principalement naturelle, des modèles d'ailerons plus hauts et plus ouverts avec une obstruction minimale de l'écoulement maintiennent les courants induits par la flottabilité.
• Pour une convection forcée modérée, les conceptions à persiennes à pas fin augmentent considérablement le coefficient de transfert de chaleur effectif sans pénalité de pression énorme.

La flexibilité permettant d'adapter le champ des ailettes aux conditions d'écoulement réelles est la superpuissance silencieuse de l'architecture basée sur une feuille.

Applications : là où les ailerons empilés en aluminium gagnent leur vie

Ces dissipateurs thermiques excellent là où l'espace, le poids ou le débit d'air sont limités et où les marges thermiques sont étroites. Les applications représentatives comprennent :

• Modules d'électronique de puissance : dans les onduleurs EV, les convertisseurs DC-DC et les lecteurs industriels haute densité, les piles de feuilles gèrent des plaques de base chargées de points chauds avec un dégagement vertical limité. La plaque de base peut être usinée ou coulée à partir de 6061-T6 ou 6082, avec des ailettes en aluminium 3003-O brasées sur le dessus, offrant une faible résistance de jonction à l'air avec une puissance de ventilateur modeste.

• Matériel RF et de télécommunications : les radios des stations de base, les amplificateurs micro-ondes et les enceintes extérieures sont souvent confrontées à des limites de puissance de ventilateur, à une exposition à la poussière et à des plafonds de poids stricts. De fines ailettes en aluminium libèrent de grandes surfaces avec des profils sur mesure pour diriger le flux d'air provenant de petits ventilateurs silencieux.

• Avionique et aérospatiale : les conceptions à poids critique utilisent des piles de feuilles à la fois comme puits autonomes refroidis par air et comme structures côté air liées à des plaques froides refroidies par liquide. L'architecture de la feuille peut être façonnée pour répondre à des profils de vibrations sévères en utilisant des états plus forts et des lignes de joint soigneusement conçues.

• Éclairage LED et modules laser : les sources compactes à haute luminosité bénéficient de matrices de feuilles qui s'intègrent dans des boîtiers minces tout en conservant une faible résistance thermique. Ceux-ci sont souvent associés à des alliages d'aluminium spécialisés optimisés pour l'intégration de modules optiques.

• Modules CVC, pile à combustible et batterie : les ailettes empilées en aluminium brouillent la frontière entre « dissipateur thermique » et « échangeur de chaleur », en particulier lorsqu'il existe un flux de chaleur bidirectionnel ou des interfaces multi-fluides. Dans de tels cas, le réseau agit à la fois comme une interface structurelle et thermique, combinant parfois les chemins de l'air et du liquide dans un assemblage stratifié.

Dans bon nombre de ces environnements, la robustesse aux cycles thermiques, à l’humidité et aux vibrations est aussi importante que la performance thermique brute. Ici, le choix minutieux de l’alliage, de la trempe et du programme de brasage garantit que l’empilement ne se déforme pas, ne se fissure pas ou ne se fatigue pas prématurément.

Considérations de conception : au-delà de la simple résistance thermique

Évaluer un dissipateur thermique à ailettes empilées en feuille d'aluminium signifie penser au-delà d'un seul chiffre « °C/W ». Un point de vue distinctif et plus réaliste considère le dissipateur thermique comme un système qui simultanément :

• Échange la densité des ailettes contre la chute de pression et le bruit
• Utilise un alliage et une trempe pour régler l'amortissement mécanique et la résistance aux chocs
• Intègre les contraintes de fabrication (manipulation des feuilles, limites de formage, déformation du brasage) dans les règles de conception
• Anticipe l'exposition environnementale : corrosion, condensation et encrassement particulaire

Par exemple, une conception à haute densité d'ailerons peut atteindre des performances initiales spectaculaires dans un air de laboratoire propre, mais s'encrasser rapidement dans des environnements industriels poussiéreux. Dans de tels cas, des feuilles légèrement plus épaisses avec un pas plus ouvert et un alliage ou un revêtement de conversion résistant à la corrosion (par exemple, passivation trivalente sans chromate ou anodisation dure sur la base) offriront des performances plus stables tout au long de la durée de vie du produit.

De même, pour une conception soumise à des cycles thermiques sévères, une combinaison alliage/état de trempe avec une résistance modérée mais une ductilité élevée s'adaptera à la dilatation différentielle entre la plaque de base et les ailettes, réduisant ainsi le risque d'amorçage de fissures au niveau des joints brasés.

Dans ce cadre, les systèmes à ailettes empilées ne sont pas seulement de « meilleurs dissipateurs thermiques » ; ce sont des structures thermiques réglables qui doivent être co-conçues avec des objectifs de débit d'air, d'environnement et de fiabilité.

Les dissipateurs thermiques traditionnels en aluminium sont comme la pierre sculptée : solides, familiers et statiques. Les dissipateurs thermiques à ailettes empilées en feuille d'aluminium sont plus proches du tissu technique : tissés à partir de fines couches métalliques, façonnés par une géométrie et un processus locaux, et adaptés à des flux et des contraintes spécifiques.

Leur valeur apparaît lorsque les concepteurs adoptent cette nature semblable à celle du tissu, en utilisant la sélection des alliages, le contrôle de la trempe, la microgéométrie des ailettes et les techniques d'assemblage non pas comme des réflexions après coup mais comme des leviers de conception actifs.

Vu de cette façon, le dissipateur thermique à feuilles empilées n’est pas simplement un moyen de regrouper plus d’ailettes dans le même espace ; il s'agit d'une architecture thermique flexible qui transforme l'aluminium en une interface précisément adaptée entre l'électronique et l'air, optimisée pour le monde opérationnel réel plutôt que pour des conditions de laboratoire idéalisées.

https://www.al-sale.com/a/aluminum-foil-stacked-fin-heat-sink.html