Brevet FR2567324A1 — publié le 19860110

DISPOSITIF DE MONTAGE POUR COMPOSANT HYBRIDE A COUCHE EPAISSE NOTAMMENT POUR MODULE ELECTRONIQUE. La présente invention concerne un dispositif de montage d'au moins un composant générateur de chaleur sur un dissipateur thermique, comprenant un support électriquement isolant, le composant générateur de chaleur étant disposé sur une pre- mière face du support, et des moyens de serrage du support isolant contre une face d'appui du dissipateur. De tels dispositifs sont connus en particulier d'après le brevet US 4 069 497 et ils présentent un comportement ther- mique satisfaisant tout en autorisant le démontage du compo- sant lorsque celui-ci est défectueux. Toutefois ces disposi- tifs sont inappropriés au montage de composants hybrides à couche épaisse, notamment à couche résistive épaisse suscep- tible de dissiper une puissance de l'ordre de quelques dizaines de watts. De plus, ils ne se prêtent pas aisément au montage sur un même dissipateur d'un circuit hybride à couche épaisse et de bottiers de diodes ou transistors. La présente invention a notamment pour but de remédier aux inconvénients des dispositifs connus de montage de compo- sants générateurs de chaleur sur un dissipateur thermique en créant un dispositif de montage pour composant hybride à couche épaisse dans lequel le composant est appliqué de manière amovible du côté de sa couche épaisse contre le dissipateur. Elle a également pour but d'éviter les détériorations de la couche épaisse du composant hybride, tant au cours des manipulations qu'au cours de l'exploitation du dispositif de montage. Elle a enfin pour but de simplifier notamment sur une carte à circuit imprimé de module électronique, l'assemblage de composants hybrides à couche épaisse et de bottiers à semi- conducteurs sur un même dissipateur. Selon l'invention, dans un dispositif de montage du type rappelé en préambule, le composant générateur de chaleur est un composant hybride à couche épaisse déposée sur la premiè- re face du support, ladite première face étant située en position de montage du côté du dissipateur thermique, tandis que la couche épaisse du composant-est séparée du dissipa- teur par un dispositif d'isolement thermiquement conducteur et de souplesse prédéterminée absorbant les imperfections de la couche épaisse. Il en résulte que la couche épaisse, qui peut comprendre une ou plusieurs résistances de puissance, est protégée du fait qu'elle est située du côté du dissipateur, tandis que l'éva- cuation des calories s'effectue facilement de la couche épaisse vers le dissipateur via le dispositif d'isolement thermiquement conducteur; la souplesse du dispositif d'isolement, par exemple constitué par un revêtement ou une feuille en matériau souple tel qu'un thermosilicone, permet au dispositif d'épouser les aspérités ou les variations d'épaisseur de la couche épaisse. Lorsqu'on monte sur un même dissipateur thermique au moins un composant hybride et des boîtiers de composants à semi- conducteurs tels que des bottiers TO 220, il est avantageux de prévoir un écran polarisable inséré entre la couche résistive épaisse et le dissipateur thermique pour réduire la capacité de couplage entre les résistances de la couche épaisse et le dissipateur, l'écran étant à cet effet relié à - 3- un potentiel approprié. Cet écran est de préference consti- tué par une deuxième feuille d'isolement munie du coté de la première feuille d'isolement d'un revêtement électriquement conducteur. De préférence, une plaquette de rigidité est associée au composant hybride, cette plaquette de rigidité étant fixée sur une deuxième face du support, opposée à la premiere face dudit support, par exemple par collage La plaquette de rigidité permet en même temps deéviter les points chauds sur le composant hybride et sert de cale d épaisseur0 L'invention concerne également les modules électroniques logeant une carte munie du dispositif de montage précédento Un mode d'exécution de l invention sera décrit ciaprès à titre d'ezemple non limitatif avec référence aus dessins annexes La figure 1 représente en élévation un dispositif de montage conforme à!'invention combiné à une carte imprimée. La figure 2 montre en coupe schématique à plus grande échelle selon le pian II-II le dispositif de montage de la figure 1o Les figures 3 et A montrent des vues en coupe schéma- tique éclatée à échelle galement agrandie selon les plans III-III et!V-IV du dispositif de la figure 1. Le dispositif de montage 10 illustré sur la figure 1 est destiné à asssocier à un meme dissipateur thermique 20 un composant hybride à couche épaisse 30 et plusieurs boctiers ?2,de composants semi-conducteurs 40, l, 42 et 43, TOP3, TO 220 associés une meme carte electronique. Les dimen- sions de certains.lément. u. diposi sont eagerees pour faciliter la compréhension. - 4 - Le dissipateur thermique 20 et les composants 40-43 sont assemblés après interposition d'un dispositif d'isolement à l'aide de moyens de serrage 60; les composants 40-43 sont ensuite soudés à une carte 70 à circuit imprimé portant d'autres composants non représentés; la carte 70 est par exemple logée dans un module électronique appartenant à un système de commande d'automatismes. Le dissipateur thermique 20 est un profilé en aluminium aileté présentant du côté du composant hybride une face plane d'appui 21; le dissipateur est maintenu sur la carte par des moyens de fixation 22. Lorsque la carte 70 est logée dans un module électronique à enveloppe métallique, le dissipateur thermique 20 peut être fixé directement à cette enveloppe. Le composant hybride à couche épaisse 30 comporte un support isolant 31 formé d'une plaquette en alumine; ce support peut bien entendu être en un autre matériau céramique, ou en aluminium anodisé ou en tôle émaillée. Sur une face 32 du support isolant 31 est déposée une couche épaisse 33 de pâte résistive; plusieurs couches de pâtes résistives peuvent également être déposées sur la face 32. La couche épaisse 33 peut comprendre une seule résistance de puissance ou être agencée pour déterminer plusieurs résis- tances de puissance entraînant une dissipation thermique de l'ordre de quelques dizaines de watts. La couche épaisse 33 est reliée au circuit imprimé de la carte 70 au moyen de picots de connexion 34 ou bien d'un câble en nappe autori- sant un léger désalignement ou déplacement du dissipateur par rapport à la carte 70. Fixée sur la face 35 du support céramique opposée à la face 32, une plaquette métallique 62 assure la rigidité mécanique du support isolant 31. La pla- quette 62 assure de plus une diffusion thermique contribuant à éviter les points chauds du composant hybride. - 5- Le dispositif d'isolement 50 comprend une feuille d'isole- ment 51 disposée sur la couche résistive 33 de manière à permettre un démontage facile du composant hybride. La feuille d'isolement 51 est en thermosilicone ou autre maté- riau thermiquement conducteur présentant une souplesse qui autorise l'absorption des rugosités ou des variations d'épaisseur de la couche résistive du circuit hybride. La feuille 51 est une bande qui recouvre sensiblement toute la face 21 du dissipateur pour isoler électriquement le circuit hybide et les divers bottiers 40-43 par rapport au dissipateur thermique et elle est capable d'assurer un isolement sous une tension de plusieurs kV. Le dispositif 50 comprend d'autre part une feuille 52 en matière isolante telle qu'un polyimide accolée à la feuille 51 et présentant du côté de celle-ci un revêtement conduc- teur 53, par exemple une face cuivrée, reliée à un point de potentiel appropriée de la carte 70 au moyen d'un conducteur 54 de manière à constituer un écran polarisé qui réduit la capacité de couplage entre les résistances de la couche épaisse 33 et le dissipateur 20. Cette disposition a un intérêt particulier quand les résistances de la couche épaisse sont traversées par des courants variables, notam- ment dans le cas o elles font parties d'une alimentation à découpage. La feuille d'écran 52 est commune au composant hybride et aux bottiers 40 (de type TOP3) qui nécessitent un découplage capacitif et un isolement élevé. L'aire du cuivrage 53 est de préférence délimitée approximativement par les surfaces du composant hybride et du bottier 40 afin de limiter les courants de fuite. La feuille d'isolement 51 présente du côté de la feuille d'écran 52 une face adhésive qui permet de constituer un sous-ensemble d'isolement par adhérence de la feuille 52 -6- contre la feuille 51, ce sous-ensemble étant plus souple du côté de la couche épaisse que du côté du dissipateur. La feuille 51 est légèrement plus longue que la feuille 52 et autorise ainsi une fixation facile du sous-ensemble sur la face 21 du dissipateur par la face adhésive de la feuille 51. La feuille d'écran 52 présente une plage rabattue 55 visible sur les figures 1 et 2 (position rabattue) et les figures 3 et 4 (en cours de rabattement); cette plage rabattue vient recouvrir une partie de la face 35 du composant hybride opposée à la face 32, ainsi qu'une partie du bottier (TOP3) , et elle permet d'augmenter les distances de lignes de fuite entre la couche épaisse 33 d'une part, les étriers 61 et le dissipateur thermique 20 d'autre part. Les moyens de serrage 60 comprennent des étriers élastiques 61 destinés à pincer les bottiers et le composant hybride contre le dissipateur; il est prévu un étrier par bottier par exemple du type TOP3 ou TO 220 et un ou plusieurs étriers pour le composant hybride. On remarquera que les étriers 61 sont identiques pour les bottiers 40-43 et pour le composant hybride. La plaquette 62 fixée, par exemple collée, sur la face 35 du support céramique reçoit, directe- ment ou via la plage 55 de l'écran, l'effort de pincement des étriers 61, de plus elle forme une cale déterminant, au droit de la zone de serrage de l'ensemble dispositif d'iso- lement 50 - hybride 30 - plaquette 62, une épaisseur le" sensiblement égale à celle des ensembles voisins dispositifs d'isolement 50 - bottier 40 au droit de leur propre zone de serrage. Le dissipateur thermique 20 peut être éventuellement raccor- dé mécaniquement ou fixé à un radiateur principal qui fait partie de la structure mécanique de l'enveloppe d'un module électronique recevant la carte 70, les ailettes de refroi- dissement du radiateur étant situées en position de fonc- - 7 tionnement dans un plan vertical afin de presenter une dissipation thermique maximale. Il va de soi que l'on peut apporter au mode de réalisation décrit des modifications sans sortir du cadre de l'inven- tion. En particulier, le support 31 du composant hybride à couche épaisse peut porter sur la face 35 d'autres compo- sants passifs ou à semi-conducteurs, la plaquette 62,étant convenablement agence ' cet efifeto Les moyens de raccorde- ment de la couche épaisse 33 du composant hybride 30 à la carte 70 peuvent être constitués par des câbles en nappe afin d'autoriser un dêsalignement ou un déplacement du dissipateur 20 par rapport à la carte. Revendications de brevet. 1. Dispositif de montage d'au moins un composant générateur de chaleur sur un dissipateur thermique, compre- nant un support électriquement isolant, le composant généra- teur de chaleur étant disposé sur une première face du support, et des moyens de serrage du support isolant contre une face d'appui du dissipateur, caractérisé par le fait que le composant générateur de chaleur est un composant hybride (30) à couche épaisse (33) déposée sur la première face (32) du support couche épaisse (33). 2. Dispositif de montage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif d'isolement élec- trique (50) comprend une feuille d'isolement électrique (51) en un matériau souple tel qu'un thermosilicone, disposée directement sur la couche épaisse (33). 3. Dispositif de montage selon l'une des revendica- tions 1 et 2, caractérisé par le fait qu'un écran polarisable (52) est inséré entre la couche résistive épaisse (33) et le dissipa- teur thermique (20) pour réduire la capacité de couplage entre les résistances de la couche épaisse et le dissipa- teur, l'écran étant à cet effet relié à un potentiel appro- prié. 4. Dispositif de montage selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'écran polarisable î52) est constitué par une deuxième feuille mince d'isolement élec- trique insérée entre la premiere feuille d'isolement (51) et le dissipateur thermique {20), la deuxième feuille étant - 9 - munie du côté de la première feuille d'un revêtement élec- triquement conducteur (53) relié au potentiel approprié. 5. Dispositif de montage selon l'une des revendica- tions 3 et 4, caractérisé par le fait que l'écran polarisable (52) est fixé à la première feuille d'isolement (51) au moyen d'un adhésif de manière à constituer un sous-ensemble d'isolement plus souple du côté de la couche épaisse (33) que du c8té du dissipateur (20). 6. Dispositif de montage selon l'une des revendica- tions 1 à 5, caractérisé par le fait qu'une plaquette de rigidité (62) est associée au composant hybride (30), cette plaquette de rigidité étant fixée sur une deuxième face (35) du support (31), opposée à la première face dudit support. 7. Dispositif de montage selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la plaquette de rigidité (62) constitue un moyen de diffusion thermique contribuant à éviter les points chauds sur le composant hybride 8. Dispositif de montage selon l'une des revendica- tions 1 à 7, caractérisé par le fait que des bottiers (40-43) de compo- sants à semi-conducteurs sont montés sur le même dissipateur thermique (20). 9. Dispositif de montage selon les revendications 6 et 8, caractérisé par le fait que le composant hybride (30) et les bottiers (40-43) de composants à semi-conducteurs sont fixés de manière amovible au dissipateur thermique (20) au moyen d'étriers élastiques identiques (61}, la plaquette de rigi- dité (62) constituant une cale d'adaptation de l'épaisseur "e" de la zone de serrage du composant hybride à l'épaisseur de la zone de serrage des boitiers. - 10 - 10. Dispositif de montage selon l'une des revendica- tions 8 et 9, caractérisé par le fait que l'aire du revêtement électrique- ment conducteur (53) de l'écran polarisable (52) correspond sensiblement à celle des composants hybrides et des boitiers de composants à semi-conducteurs à découpler capacitive- ment. 11. Dispositif de montage selon l'une des revendica- tions 8 à 10, caractérisé par le fait que l'écran polarisable 152) présen- te une plage (55) rabattue contre la plaquette de rigidité (62) associée au composant hybride (30) et contre les bol- tiers (40) de composants à semi-conducteurs nécessitant un isolement élevé par rapport au dissipateur thermique (20) et aux étriers (61). 12. Dispositif de montage selon l'une des revendica- tions 1 à 11, caractérisé par le fait que le composant hybride (30) à couche épaisse (33) présente une ou plusieurs résistances, les moyens de serrage du composant hybride sur le dissipa- teur étant constitués par un ou plusieurs étriers de serrage (61). 13. Dispositif de montage selon l'une des revendica- tions 1 à 12, caractérisé par le fait que la couche épaisse (33) du compo- sant hybride (30) est raccordée à une carte (70) au moyen d'un câble en nappe. 14. Module électronique comprenant une carte (70) à circuit imprimé, au moins un composant hybride (30) à couche épaisse (33) implanté sur la carte perpendiculairement à celle-ci, un dissipateur thermique et un dispositif de montage du composant hybride sur le dissipateur avant soudu- re du composant sur la carte, - 1 caractérisé par le lait que le dispositif de montage est conforme aux revendications l à 12o 15. Module électronique selon la revendication!C caractérisé par le fait que le dissipateur thermique {20) est fixé sur un radiateur principal faisant partie de la structure mécanique d'une enveloppe du module électronique recevant la carte {7û).