Brevet FR2570919A1 — publié le 19860328

L'invention concerne les isolateurs électri- ques, et en particulier des isolateurs utilisés pour la fixation, à des plaquettes à circuits imprimés, d'as- semblages comprenant des composants électroniques déga- geant de la chaleur et des dissipateurs de chaleur. Dans des circuits de certaines conceptions, il est souhaitable de fixer plusieurs de ces composants à une seule plaque de refroidissement. Dans de nombreux composants dégageant de la chaleur, la base ou support du composant sert également de borne pour celui-ci. Dans de nombreux transistors, le collecteur est relié à un circuit au moyen d'un accessoire de montage. L'acces- soire de montage constitue en fait un élément de circuit. Si plusieurs composants sont fixes à une seule plaque de refroidissement, cette dernière tend à permettre au courant de circuler directement entre les composants. Il est donc parfois nécessaire de monter les compo- sants de manière: (1) à favoriser la conductivité électrique entre les organes de fixation et les composants, (2) à maintenir une conductibilité thermique entre les composants et la plaque de refroidissement; et (3) à empêcher le passage du courant entre les composants et la plaque de refroidissement. D'autres problèmes associés à la circulation indésirable du courant entre composants et plaques de refroidissement peuvent également être attribués au fait que les plaques de refroidissement peuvent avoir différentes épaisseurs. La présence de plaques de refroi- dissement de diverses épaisseurs dans un seul produit peut être le résultat de la conception de l'intérieur du produit ou de tolérances de fabrication. L'utilisation de plaques de refroidissement ayant différentes épais- seurs peut être à l'origine d'espaces entre les acces- soires de fixation et les plaques de refroidissement si l'on utilise un type unique d'accessoires isolants rigides. En présence d'une haute tension, l'amorçage d'arcs risque de provoquer un court-circuit entre compo- sants, ou bien entre ces mêmes composants et la plaque de refroidissement. L'invention a donc pour objet un isolateur électrique convenant à des plaques de refroidissement de diverses dimensions. L'invention a également pour objet un ensemble à organe de fixation et isolateur, préalablement assemblé, qui facilite le montage de compo- sants électriques, dégageant de la chaleur, sur une plaque de refroidissement tout en empêchant les courts- circuits entre les composants. L'invention a pour autre objet un isolateur capable de supporter une charge de serrage continue entre les plaques de refroidissement et les organes de fixation et de montage, tout en mainte- nant l'isolation électrique entre eux. L'invention a également pour objet un ensemble à plaque de refroidisse- ment comportant plusieurs composants et qui peut être connecté rapidement et aisément à une plaquette à circuit imprimé. Ces objets et avantages de l'invention sont obtenus avec un isolateur qui est préalablement assemblé sur un organe de - fixation électriquement conducteur. L'isolateur est constitué d'une entretoise en matière plastique et d'un manchon de caoutchouc assemblés à l'avance. L'organe de fixation est avantageusement soli- daire d'une rondelle à ressort qui maintient une charge de serrage et la conductibilité thermique entre les composants et une plaque de refroidissement associée. Dans un assemblage de plaque de refroidissement compor- tant plusieurs composants, les isolateurs sont disposés généralement à l'interface entre l'organe conducteur de fixation et la plaque de refroidissement. L'isolateur comporte un collet qui pénètre dans une ouverture d'une plaque de refroidissement. Le manchon de caoutchouc s'emboite sur le collet et pénètre davantage dans l'ouver- ture. Le manchon de caoutchouc peut être comprimé axiale- ment pour s'adapter à des plaques de refroidissement de différentes épaisseurs. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel: la figure 1 est une élévation avec coupe axiale partielle de l'organe de fixation isolant selon l'invention; la figure 2 est une vue en bout de dessous de l'organe de fixation de la figure 1; la figure 3 est une vue en bout de dessus de l'organe de fixation de la figure I; la figure 4 est une élévation, avec coupe partielle, d'un organe de fixation selon l'invention ainsi que d'une plaque de refroidissement, d'un transis- tor et d'une plaquette à circuit associés; et la figure 5 est une élévation avec coupe partielle de plusieurs organes de fixation selon l'inven- tion ainsi que de plusieurs transistors et d'une seule plaque de refroidissement. Les figures 1, 2 et 3 représentent un organe de fixation isolant 10 constitué de trois éléments. Le premier élément est un écrou tubulaire 12 en métal embouti à corps tubulaire 14 dans lequel sont fomés des filets-15. Une ebase conique 16 à ressort est réalisée d'une. seule pièce avec le corps tubulaire 14 de l'écrou d'une extrémité duquel elle s'étend radialement vers l'extérieur. L'écrou 12 présente une surface extérieure hexagonale pouvant être soudée. Le deuxième élément de l'organe 10 de fixa- tion est une entretoise 18 qui est soudée par ultrasons à l'embase 16. La partie 20 déformée par ultrasons est en contact avec la périphérie extérieure de l'embase 16. L'entretoise 18 est constituée globalement d'un disque plat ou sensiblement plan 22 duquel s'élève un collet cylindrique tubulaire 24 orienté dans une ditt tion opposée à celle du corps tubulaire 14. Une jupe globalement conique 26, s'étendant sensiblement axiale- ment, part du bord extérieur du disque 22. L'intérieur de la jupe présente une forme conique afin de permettre à un outil cylindrique de soudage par ultrasons de défor- mer la jupe pour l'amener en prise avec l'embase 16. Plusieurs pieds 28 sont disposés sur l'extrémité libre de la jupe 26. Les pieds 28 disposés radialement à dis- tance les uns des autres forment des canaux 30 permettant un écoulement libre de l'air au-dessous de l'organe de fixation. Le troisième élément de l'organe de fixation est un manchon cylindrique 32 en caoutchouc qui est emboîté sur le collet 24 et qui est collé au collet 24. Le manchon 32 est avantageusement réalisé en caout- chouc siliconé élastique et à haute flexibilité afin de permettre à ce manchon d'être comprimé ou déformé aisément dans une direction axiale. Le manchon intérieur 32 est lié à l'extérieur du collet 24. L'étendue axiale du manchon est sensiblement supérieure à celle du collet 24. Le collet 24 se comporte comme un guide pour la tige 41 d'une vis 38 et il a également pour fonction d'aligner et de fixer le manchon- 32 à l'entre- toise 18. La concentricité de l'entretoise 18 et du manchon 32 par rapport au corps tubulaire 14 a pour résultat le positionnement central de la tige 41 de la vis dans l'ouverture 44 de la plaque de refroidisse- ment. La position centrale de la vis dans l'ouverture 44 est importante pour empêcher la circulation de courant ou l'amorçage d'arcs entre la vis et la plaque de refroi- dissement. La figure 4 représente l'organe de fixation selon l'invention dans le milieu pour lequel il a été conçu. Un transistor 34 est fixé à une plaque 35 de refroidissement, une semelle isolante 36 étant prise entre le transistor et la plaque. La plaque 35 de refroi- dissement comporte une embase d'épaisseur "P". Le manchon 32 est représenté dans un état de compression axiale. La vis 38 et l'écrou 12 maintiennent une charge de ser- rage entre la base 37 du transistor 34 et la plaque de refroidissement afin d'assurer la conductibilité thermique entre elles. Etant donné que la base 37 consti- tue un élément actif du circuit, il est nécessaire de maintenir la conductivité électrique entre la base du transistor, la tête 39 de la vis 38, l'écrou et la plaquette 40 à circuit, et en particulier un conducteur 43 de la plaquette 40. La figure 5 représente deux transistors 34a et 34b. Comme précédemment, étant donné que les bases des transistors constituent des éléments actifs du circuit, il est nécessaire d'isoler électriquement la partie du circuit formée par la vis 38. Les quatre connexions représentées sur la figure 5 sont sensiblement identiques. Dans tous les cas, la longueur axiale ini- tiale du manchon 32 à l'état non comprimé est supérieure à l'épaisseur "P" de l'embase de la plaque de refroidis- sement. La nature élastique et flexible du manchon 32 lui permet de se déformer axialement pour assurer une isolation complète entre la vis 38 et la plaque 35 de refroidissement. L'entretoise 18 est en butée contre la face inférieure de la plaque de refroidissement et isole l'écrou 12 de la plaque 35 de refroidissement. La jupe 26 établit, avec l'épaisseur du disque 22, un espace d'air 42 qui favorise la dissipation de la chaleur de la plaque 35. Les pieds 28 maintiennent la jupe 26 écartée de la plaquette 40 à circuit et constituent un support stable pour l'assemblage de la plaque de refroidissement, avant et pendant une opération de sou- dage. Les canaux 30 formés par les pieds permettent à l'air de s'écouler librement autour de l'organe de fixation, en particulier autour du corps tubulaire 14, de façon à assurer une connexion soudable propre entre le corps 14 et la plaquette 40. L'entretoise 18 est réalisée en matière thermoplastique rigide à haute per- formance, qui présente avantageusement une bonne résis- tance au fluage et une faible sensibilité aux variations de température. Il convient de noter que le manchon 32 est porté par le collet 24 et est avantageusement collé à celui-ci. Cependant, un emboîtement par simple serrage peut être suffisant dans des milieux perturbant moins l'assemblage. L'entretoise 18 et l'écrou 12 sont assemblés à l'avance au bord de l'embase 16. La partie 20 déformée par ultrasons se trouve au bord extérieur de l'embase 16, de sorte que celle-ci peut fléchir et permet un mouvement axial du corps tubulaire pendant que la Vis 38 est serrée et desserrée. La partie déformée 20 de l'entretoise 18 esr mince de façon à être moins rigide que la partie restante de l'entretoise 18. Ceci permet un léger mouvement de la partie déformée 20 lors de la flexion de l'embase 16. En associant un écrou 12, une embase 16 à ressort, une entretoise 18 et un manchon 32 en un seul organe, on peut économiser beaucoup de travail au moment de la construction finale du circuit. A l'aide d'un organe de fixation selon l'invention, on maintient une pression de serrage convenable entre les transistors 34 et la plaque 35 de refroidissement et on assure une connexion électrique convenable entre la base 37 du transistor et la plaquette 40 a circuit. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'ensemble isolateur décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. 2570O919 8- REVENDICATIONS 1. Isolateur associé à une plaque de refroi- dissement (35) d'épaisseur prédéterminée et destiné à isoler électriquement plusieurs composants (34), dégageant de la chaleur et fixés à la plaque (35) de refroidisse- ment, l'isolateur étant caractérisé en ce qu'il comporte une entretoise (18) comprenant des moyens permettant sa fixation à un écrou associé (12), un collet (24) réalisé d'une seule pièce avec l'entretoise et partant de celle-ci; un manchon mobile (32) préalablement assem- blé sur le collet et porté par celui-ci, le collet et le manchon étant conçus pour s'ajuster dans une ouverture (44) de la plaque de refroidissement, le collet et le manchon ayant une dimension longitudinale combinée qui est initialement supérieure à ladite épaisseur de manière que, lors de l'assemblage des composants sur la plaque de refroidissement, cette dimension longitudinale puisse être réduite pour devenir à peu près égale à l'épaisseur et isoler ainsi totalement les composants de la plaque de refroidissement. 2. Isolateur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le collet et le manchon sont des élé- ments cylindriques concentriques sensiblement en chevau- chement, un manchon (32) en caoutchouc pouvant être comprimé élastiquement étant emboîté sur le collet. 3. Isolateur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les moyens de fixation de l'entretoise à l'écrou comprennent une jupe (26) s'étendant axialement et dont une partie (20) est déformée par ultrasons pour être en prise avec l'écrou. 4. Isolateur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le manchon est fixé par adhésif au collet. 5. Isolateur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'entretroise comporte une Jupe (26) qui s'étend à peu près axialement et qui porte des moyens (28) destinés à former des canaux (30) permettant l'écou- lement de fluides au-dessous de l'entretoise. 6. Organe de fixation électriquement isolant, caractérisé en ce qu'il comporte un écrou (12) et une entretoise sensiblement rigide (18) préalablement assem- blés l'un avec l'autre, l'entretoise étant réalisée d'une seule pièce avec un collet globalement tubulaire (24), faisant saillie vers le haut et communiquant avec l'écrou, un manchon élastique compressible (32) étant porté par le collet afin de pénétrer dans des ouvertures (44) de longueur axiale variable. 7. Organe de fixation selon la revendication 6, caractérisé en ce que le manchon est fixé par adhésif au collet. 8. Organe de fixation selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'entretoise est déformée par ultrasons pour être en prise avec l'écrou. 9. Organe de fixation selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'entretoise comporte une jupe (26) s'étendant à peu près axialement et portant des moyens (28) destinés à former des canaux (30) pour l'écou- lement de fluides au-dessous de l'entretoise. 10. Organe de fixation électriquement isolant, caractérisé en ce qu'il comporte un écrou métallique (12) comprenant une partie tubulaire (14) s'étendant axialement et pouvant entrer en prise par des filets intérieurs (15), et une embase (16) s'étendant latéralement, à une première extrémité de la partie tubulaire avec laquelle elle est réalisée d'une seule pièce, une entretoise globalement plane (18) en matière thermoplastique, préa- lablement assemblée avec l'écrou, cette entretoise présen- tant une ouverture centrale communiquant avec ladite partie tubulaire, un collet globalement cylindrique (24) partant à peu près perpendiculairement, dans une première direction axiale, de l'entretoise plane avec laquelle il est réalisé d'une seule pièce, ladite partie s'étendant dans une seconde direction axiale globalement opposée à la première direction, un manchon compressible (32), globalement cylindrique, étant porté par et préala- blement assemblé sur le collet auquel il est concentrique, l'entretoise comportant une jupe (26) qui s'étend globale- ment dans la seconde direction axiale à partir d'un bord périphérique de l'entretoise, la jupe portant plu- sieurs pieds (28) formant des canaux (30) d'écoulement entre eux. 11. Organe de fixation selon la revendication , caractérisé en oe qu'il camprend une vis (38) ayant une tige filetée (41) et comportant une tête (39) à une extrémité. 12. Organe de fixation selon la revendication , caractérisé en ce que l'entretoise est amenée en prise avec l'écrou, à des parties périphériques de l'em- base, par déformation par ultrasons. 13. Organe de fixation selon la revendication 10, caractérisé en ce que le manchon est en caoutchouc siliconé élastique et flexible. 14. Organe de fixation selon la revendication 13, caractérisé en ce que le manchon est emboîté sur le collet auquel il est lié par un adhésif. 15. Organe de fixation selon la revendication 14, caractérisé en ce que le manchon et le collet sont concentriques à ladite partie tubulaire.