Brevet FR2534767A1 — publié le 19840420

L'invention concerne le domaine de la fixation de pièces à une plaquette à circuit imprimé L'invention s'applique en particulier à la fixation de transistors de puissance et des radiateurs thermiques associés à des plaquettes à circuits imprimés constituées d'une matière fibreuse, Les plaquettes à circuits imprimés sont géné- ralement réalisées en une matière plastique armée de fibres De nombreux circuits sensibles à la chaleur et re- lativement fragiles sont disposés sur la surfaces des pla- quettes L'utilisation d'une matière fibreuse orientée à peu près parallèlement au plan de la plaquette tend à minimiser les effets de la dilatation et de la contraction thermiques sur les circuits en plan Cependant et en conséquence, le coefficient de dilatation thermique dans une directionperpendiculaire au plan de la plaquette est notablement plus élevé La fixation ferme de pièces sur des plaquettes à circuits imprimés pose donc un problème Celui-ci est particulièrement aigu dans le cas de transistors de puissance et de leurs radiateurs ther- miques associés car, pour que les radiateurs puissent dissiper des quantités de chaleur suffisantes, un contact étroit et continu doit être màintenu entre les transistors de puissance et son radiateur Le problème est compliqué par le fait que, de par leur conception, les transistors de puissance sont soumis à des cycles thermiques fréquents. Ces cycles provoquent une dilatation et une contraëtion des matières voisines Par conséquent, les conductibilités thermique et électrique peuvent en être affectées - L'invention a pour objet principal un organe de fixation qui facilite et améliore la pose de pièces sur des plaquettes à circuits imprimés L'invention a éga- lement pour objet un organe de fixation capable de maintenir un contact thermique et électrique entre des pièces placées au voisinage d'une plaquette à circuit imprimé L'inven- tion a pour autre objet-un organe de fixation qui peut être aisément assujetti à une plaquette à circuit imprimé et notamment un organe de fixatiôn qui prolonge la durée de vie d'un transistor de puissance et qui permet à ce dernier d'être aisément remplacé. L'invention a également pour objet un procédé de fixation d'un transistor de puissance et de son radia- teur thermique à une plaquette à circuit imprimé. Ces objets de l'invention sont réalisés au moyen d'un organe de fixation qui comporte un corps sen- siblement tubulaire dont une première extrémité comprend une bride et qui est destiné à recevoir une vis L'organe de fixation présente une extrémité ouverte et une extré- mité fermée ainsi qu'une section polygonale sur une partie de sa longueur La bride, qui est située à l'extrémité ouverte du corps tubulaire, est réalisée d'une seule pièce avec une rondelle élastique qui s'évase dans une direction s'éloignant de l'extrémité fermée Dans une forme préfé- rée de réalisation, la bride présente des encoches qui permettent à de la soudure de s'écouler d'une face de la plaquette imprimée vers l'autre L'organe de fixation réalisé d'une seule pièce avec la rondelle élastique, pré- sente d'excellentes caractéristiques de serrage sur une large plage de conditions thermiques, car l'incorporation d'une matière fibreuse est évitée Dans le même temps, les diverses caractéristiques structurelles de l'organe de fixation décrit ci-après améliorent les liaisons méca- niques et électriques entre cet organe de fixation et la plaquette à circuit imprimé. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limi- tatif et sur lequel: la figure 1 est une élévation de l'organe de fixation selon l'invention; la figure 2 est une vue en bout de l'organe de fixation selon l'invention; la figure 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 2; et la figure 4 est une coupe de l'organe de fixation montré sur les figures 1 à 3, tel qu'il est utilisé pour fixer un transistor de puissance et un radiateur thermique à une plaquette à circuit imprimé. L'organe de fixation selon l'invention est indiqué globalement en 10 sur les figures 1, 2 et 3. Il comprend un corps tubulaire 16 ayant une extrémité ou- verte 12 et une extrémité fermée 14 L'organe de fixation comporte une bride 22 à son extrémité ouverte Le corps tubulaire 16 présente une section polygonale 18 qui commence sensiblement à l'extrémité fermée 14 et qui s'étend sur une grande partie de la longueur de ce corps tubulaire 16 Ce dernier présente une section circulaire sur une petite partie de sa longueur La section cir- culaire est proche de l'extrémité ouverte de l'organe de fixation La bride 22 présente des encoches 24 Chaque encoche constitue une zone 25 d'épaisseur réduite comme indiqué sur la figure 3 La bride 22 comprènd-en outre une rondelle élastique conique 30 et une partie intérieure 26 Le corps tubulaire présente des filets intérieurs 32 et des surfaces extérieures 19 formant des pans destinés à recevoir une clé. -20 La figure 3 montre la configuration, en section, sensiblement sinueuse de la bride 22 La partie intérieure 26 de la bride constitue un prolongement incurvé du corps tubulaire La configuration incurvée de la partie intérieure de la bride délimite une zone évidée ou gorge circonférentielle 29 permettant l'écoulement intérieur de l'air et de la soudure au cours d'opérations de nettoyage et de raccordement Une partie courbe 28 de butée est adjacente à la partie intérieure de la bride qu'elle prolonge Les encoches 24 sont formées à distance les unes des autres sur la partie 28 de butée et elles forment des accès ou canaux 27 permettant la sortie de fluides au cours d'opérations de nettoyage et de raccordement La rondelle élastique conique 30 est un prolongement sensi- blement radial de la partie 28 de butée avec laquelle elle est réalisée d'une seule pièce Cette rondellecélas- tique 30 s'étend et s'évase dans une direction axiale à partir de l'extrémité fermée du corps tubulaire, sensi- blement davantage que la partie intérieure 26 de la bride, afin de pouvoir être déformée élastiquement La partie intérieure 26 de la bride assume donc la fonction d'une butée qui limite la déformation de la rondelle élastique conique 30. La figure 4 montre l'organe de fixation dans son application à une plaquette à circuit imprimé L'organe de fixation est utilisé avec une vis 68 pour fixer un transistor 60 de puissance et un radiateur thermique 62 à une plaquette 64 à circuit imprimé La vis 68 est introduite dans un trou 61 du transistor 60 et dans un trou 63 du radiateur 62 Puis elle est insérée dans l'ex- trémité ouverte 12 de l'organe 10 de fixation Lorsque la vis est avancée dans les filets internes 32, la rondelle élastique conique 30 est déformée, établissant ainsi une relation de serrage entre la tête 69 de la vis 68 et la bride 22 La partie intérieure 26 du rebord empêche toute sollicitation excessive de la rondelle élastique conique 30 Le radiateur 62 de chaleur et le transistor sont maintenus en contact ferme l'un avec l'autre afin d'assurer une conductibilité thermique convenable permettant à la chaleur d'être dissipée du transistor 60 par l'intermédiaire du radiateur 62 De façon similaire, le transistor de puissance est en contact ferme avec la tête 69 de la vis 68 Ceci est important car, dans de nombreux transistors, une borne est réalisée à l'intérieur du boîtier du transistor, ce qui rend important l'établisse- ment d'une bonne connexion électrique entre le transistor et la plaquette par l'intermédiaire de la;vis 68. La bride 22 de l'organe de fixation améliore donc le comportement du transistor en améliorant les propriétés thermiques et électriques de ce transistor, du radiateur thermique et de la plaquette à circuit imprimé. La figure 4 montre également comment l'organe de fixation est solidarisé à la plaquette à circuit imprimé. Le corps tubulaire 16 présente des méplats 19 pour clé qui, dans la forme préférée de réalisation, sont en ali- gnement avec les encoches 24 afin de favoriser l'écoulement des fluides d'une face de la plaquette vers l'autre. Avant le soudage, de l'air comprimé peut être utilisé pour éliminer les impuretés qui se sont logées autour de l'organe de fixation Les canaux 27 formés par les encoches 24 permettent à l'air et à la soudure de s'écou- ler librement, ce qui permet de réaliser de meilleures liaisons électriques et mécaniques. Avec l'organe de fixation selon l'invention, une connexion électrique peut être réalisée sur les deux faces de la plaquette à circuit imprimé, par la mise en oeuvre de l'une quelconque de plusieurs techniques de sou- dage, mais ceci est particulièrement facilité dans le cas d'un soudage à la vague L'écoulement de la soudure sur les deux faces de la plaquette à circuit imprimé est important car, dans de nombreux cas, chacune des faces de la plaquette 64 porte un circuit 70. En permettant à la soudure de s'écouler sur les deux faces de la plaquette, on améliore également le contact de frottement entre la soudure et la plaquette. Les pans 19 de la section polygonale 18 du corps tubu- laire empêche l'organe de fixation de tourner à l'inté- rieur de la soudure durcie utilisée pour connedter l'or- gane de fixation à la plaquette, car ces pans interfèrent avec la soudure durcie Cette caractéristique de blodage de toute rotation est améliorée par la présence des -en- coches 24 qui sont également prises dans la-soudure durcie. Il est également prévu, bien que cela ne soit pas représenté, que la partie de la rondelle élastique qui est en contact avec le radiateur de chaleur puisse comporter des organes de prise qui tendent à empêcher toute rotation entre l'organe de fixation et le radiateur thermique Ceci tendrait à préserver l'intégrité de la connexion soudée lors du retrait de la vis. Il convient dé noter que les encoches 24 constituent un moyen permettant de régler la raideur de la rondelle élastique conique En réduisant l'épaisseur de la bride 22 dans la zone 25, on peut modifier la raideur du ressort et on peut donc agir sur le mode de déformation. Les encoches 24 assument donc trois fonctions distinctes Tout d'abord, elles permettent à l'air et à la soudure de s'écouler d'une face de la plaquette à cir- cuit imprimé vers l'autre, autour de l'organe de fixation. Deuxièmement, elles constituent un moyen permettant de régler la raideur et la localisation de la flexion de la rondelle élastique conique Troisièmement, elles par- ticipent au blocage de l'organe de fixation pour l'empêcher de tourner, car elles favorisent la prise de la bride dans la soudure 67. Il convient également de noter que la section circulaire 20 présentée par le corps tubulaire 16 à son extrémité ouverte est conçue pour faciliter l'opération de taraudage au cours de laquelle des filets 22 sont formés dans le corps tubulaire Le taraudage est facilité par le fait que le diamètre extérieure de la section circulaire est au moins égal au diamètre extérieur maximal de la section hexagonale 18 Dans la forme préférée de réalisa- tion, la section circulaire est tangente aux points définis- sant le grand diamètre de la section hexagonale Ceci favorise un alignement convenable d'un outil de taraudage afin que des filets puissent être convenablement réalisés dans la partie hexagonale de l'organe de fixation. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'organe de fixation décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Organe de fixation pour le montage d'un article ( 60, 62) sur une plaquette ( 64) à circuit imprimé présentant une ouverture, caractérisé en ce qu'il comporte un corps sensiblement tubulaire ( 16) conçu pour être inséré dans l'ouverture, une bride radiale ( 22) portée par le corps, et des moyens de ventilationpermettant à des matières étrangères d'êtreretirdes de zones adjacentes à l'organe de fixation et à un fluide de s'écouler pour nettoyer l'organe de fixation et le relier à la plaquette. 2 Organe de fixation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bride comprend une rondelle élastique ( 30 >. 3 Organe de fixation selon la revendication 2, caractérisé en ce que-la rondelle élastique esticonique et évasée dans une direction s'éloignant de la plaquette. 4 Organe de fixation selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bride comporte une première partie ( 26) immédiatement adjacente au corps et constituant un organe d'arrêt qui limite la déformation de la rondelle élastique. Organe de fixation selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de ventilation compren- nent une zona évidée circonférentielle-( 29) formée par la première partie et conçue pour permettre l'écoulement de fluides autour de l'organe de fixation. 6 Organe de fixation selon la revendication , caractérisé en ce que la bride comprend une partie intermédiaire ( 28) de butée située entre la rondelle élastique et la première partie, les moyens de ventila- tion comprenant des encoches ( 24) ménagées dans cette partie de butée pour permettre aux fluides de s'écouler radialement vers l'extérieur. 7 organe de fixation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de prise destinés à empêcher l'organe de fixation de tourner dans de la soudure durcie ( 67) utilisée pour connecter l'organe de fixation à une plaquette à circuit imprimé. 8 Organe de fixation selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de prise comprennent des parties de la bride. 9 Organe de fixation selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de prise comprennent une partie ( 18) du corps ayant une section polygonale. Ensemble comprenant, en combinaison, une plaquette ( 64) à circuit imprimé, un transistor de puis- sance ( 60), un radiateur thermique ( 62) destiné à dissiper la chaleur produite par le transistor, et un organe ( 10) de fixation destiné à serrer élastiquement le transistor et le radiateur thermiques en contact direct et continu l'un avec l'autre et suffisamment pour supporter des cycles thermiques fréquents sans affecter les conductibilités thermiques et électriques entre le transistor et le radiateur. 11 Ensemble selon la revendication 10, carac- térisé en ce que l'organe de fixation comprend une vis de l'organe de fixation. 12 Ensemble selon la revendication 10, carac- térisé en ce qu'il comporte des moyens de ventilation ( 24, 29) permettant à des matières étrangères d'être éliminées de zones adjacentes à l'organe de fixation et permettant également à des fluides de s'écouler pour nettoyer l'organe de fixation et le relier à la plaquette. 13 Procédé pour fixer un transistor ( 60) de puissance et un radiateur thermique ( 62) à une plaquette ( 64) à circuit imprimé, caractérisé en ce qu'il consiste à placer lia tige d'une vis ( 68) à tête ( 69) dans des ouvertures ( 61, 63) du transistor et du radiateur thermi- que, ces ouvertures étant plus petites que la tête de la vis, mais plus grandes que la tige, à assujettir un organe tubulaire allongé ( 10) de fixation, formant un écrou, à une partie de la tige qui passe dans le transistor et dans le radiateur thermique, cet organe de fixation étant réalisé d'une seule pièce, à une première de ses extrémités, avec une bride élastique ( 22) de blocage, à serrer ledit écrou et la vis afin que la bride de blocage maintienne le transistor de puissance et le radiateur thermique serrés l'un contre l'autre, à insérer l'écrou allongé dans un trou de la plaquette à circuit imprimé et à établir une liaison électrique et mécanique entre l'écrou et la plaquette à circuit imprimé, afin que le transistor et le radiateur thermique soient maintenus en contact étroit l'un avec l'autre et avec* la plaquette à circuit imprimé, malgré les cycles ther- miques fréquente. 14 Procédé selon la revendication 13, caracté- risé en ce que l'établissement d'une liaison électrique et mécanique entre l'écrou et la plaquette à circuit imprimé comprend un soudage à la vague. -15 Procédé selon la revendication 14, caracté- risé en ce que ladite liaison est réalisée sur les deux faces de la plaquette à circuit imprimé.