Brevet FR2790340A1 — publié le 20000901

L'invention concerne les alternateurs de véhicule automobile. On connait des alternateurs dans lesquels les fonctions redressement du courant et régulation sont portées respectivement par deux sous-ensembles distincts constituant par exemple le pont redresseur et le porte- balais. Ce type d'alternateur a pour inconvénients que son coût est élevé et son volume important. Un but de l'invention est de pallier ces inconvénients. En vue de la réalisation de ce but, on prévoit selon l'invention un alternateur pour véhicule comprenant des composants de redressement de courant et au moins un composant de commande, dans lequel les composants de redressement et le composant de commande sont montés sur un même substrat. Ainsi, on réduit le coût et le volume de l'alternateur. Avantageusement, le substrat comprend une plaque de métal. Ainsi, contrairement à un substrat en céramique, le substrat en métal résiste aux températures très hautes et très basses ainsi qu'aux brusques variations de température. De faible inertie thermique, il s'adapte rapidement à la température de l'environnement. Il résiste bien aux vibrations et son utilisation peut se faire avec un coût réduit. Avantageusement, l'alternateur comprend une couche électriquement conductrice s'étendant directement sur la plaque. Avantageusement, l'alternateur comprend une contrepièce en métal interposée entre l'un des composants et une couche conductrice. Cette contrepièce assure la dissipation de l'énergie thermique du composant sur une large zone de la couche sous-jacente sans avoir à craindre une élévation de température due, sinon, à la résistance thermique de cette couche. Cet avantage est particulièrement important lorsque le composant est un composant de puissance. Avantageusement, l'alternateur comprend une contrepièce en métal s'étendant sur une face d'un des composants opposée au substrat. Le rôle de cette deuxième contrepièce est de fournir à l'assemblage une capacité calorifique suffisante afin qu'il puisse supporter certaines phases de fonctionnement de l'alternateur telles que les ruptures de charge. Avantageusement, l'alternateur comprend un élément de connexion en contact direct avec la contrepièce. Avantageusement, l'alternateur comprend au moins une couche électriquement isolante en contact direct avec le substrat et/ou la couche conductrice. Avantageusement, l'alternateur comporte un élément électriquement conducteur recevant un composant et s'étendant sur la couche isolante du côté opposé au substrat. Ainsi, on forme au moyen de l'élément conducteur et du substrat un condensateur assurant le filtrage de parasites éventuels. Avantageusement, le substrat est un porte-balais. Avantageusement, l'alternateur comporte un porte- balais distinct du substrat. Avantageusement, le composant de commande est un composant de régulation. Avantageusement, l'alternateur est un démarreur. Avantageusement, le composant de commande est un composant de commande de la fonction démarrage. Avantageusement, les composants de redressement sont montés en pont de Graetz et il comprend un module de commande de ce montage. On prévoit également selon l'invention un procédé de fabrication d'un alternateur pour véhicule selon l'invention, comprenant les étapes consistant à: fournir une plaque de métal; - sérigraphier au moins une couche sur la plaque; et - déposer l'un des composants sur la couche. Avantageusement, on sérigraphie au moins une couche isolante. Avantageusement, on sérigraphie une couche conductrice sur la plaque et on dépose l'un des composants sur cette couche. Avantageusement, on interpose une contrepièce en métal entre la couche conductrice et le composant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront encore dans la description suivante d'un mode préféré de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif. Aux dessins annexés: - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un module électronique d'un alternateur selon l'invention; et - la figure 2 est un schéma électrique illustrant l'agencement de certains des composants du module. Dans le mode préféré de réalisation de l'alternateur, les fonctions redressement, régulation et antiparasitage sont portées par un même module électronique faisant par ailleurs office de porte- balais. L'intégration de ces fonctions dans un seul sous-ensemble permet une diminution de son volume et de son coût de réalisation. Bien évidement, dans un autre mode de réalisation, les fonctions redressement, régulation et antiparasitage peuvent être portées par un module électronique distinct du sous-ensemble porte- balais. Comme on va le voir, le module est construit à 5 partir de technologies d'assemblage de type microélectronique et connues en soi, bien adaptées à la grande série et permettant donc d'obtenir un coût compétitif. Dans le module, les composants 2, 3 seront de deux types: - des composants de puissance 2, tels que des diodes, qui sont en général dédiés au redressement du courant fourni par l'alternateur ou au contrôle du courant d'excitation de l'alternateur; et - des composants de commande 3, tels que des puces, qui peuvent être soit ceux qui contrôlent le courant d'excitation et qui constituent ce qu'on appelle en général un régulateur de tension, soit ceux qui contrôlent les redresseurs du courant de l'alternateur.20 Dans le cas o l'alternateur fait aussi office de démarreur, le composant de commande 3 pourra faire partie du module de commande de la fonction démarrage de l'alterno-démarreur. Ce module de commande pourra aussi être connecté à des capteurs de position ou de vitesse pour la commande du moteur. Dans sa partie redresseur, le module électronique 1 comprend des composants à semi-conducteurs 2 tels que des diodes. Celles-ci peuvent par exemple être agencées suivant un montage à six diodes connectées en pont de Graetz tel qu'illustré sur la figure 2. La partie gauche de la figure montre les trois phases de l'alternateur et la partie droite montre les deux bornes, positive B+ et masse, vers le véhicule. Dans le présent mode de réalisation, certains composants à semiconducteurs sont montés directement en puce sans boîtier. Toutefois, on pourra prévoir de les assembler en utilisant un boîtier do type semi- conducteur connu en soi. Le module comprend six ou huit diodes de redresseur 2, ainsi qu'une ou plusieurs puces 3 de régulateur. Le module comprend un substrat 4 permettant tout à la fois de fixer les composants 2, 3 par brasage ou collage, de les connecter électriquement entre eux, éventuellement de les isoler électriquement de la masse et d'évacuer hors du module 1 des calories produites dans le module. Le substrat 4 est en métal et de préférence en acier inoxydable. Il pourra alternativement s'agir d'acier ordinaire, d'aluminium ou de cuivre. Il est constitué par une plaque découpée à la forme souhaitée. En référence à la partie gauche de la figure 1, on dépose par sérigraphie directement sur la plaque 4 une couche 6 électriquement conductrice, par exemple métallique, qui pourra recevoir directement certains des composants 2, 3 qui doivent être en contact avec la masse ou plus généralement le potentiel de la plaque 4. Cette couche est illustrée sur la partie gauche de la figure 1. Toutefois, cette étape de dépôt d'une couche conductrice 6 peut être omise si une telle couche n'est pas nécessaire. Sur la couche conductrice 6, on vient rapporter directement un composant 2, 3 sous forme de puce ou de boîtier. La liaison entre le composant 2, 3 et la couche 6 peut être selon les besoins une brasure de type étain plomb ou autre alliage, ou un collage au moyen d'une colle électriquement conductrice. En outre, notamment lorsque le composant est un composant de puissance, on peut intercaler entre celui- ci et la couche conductrice 6 une première contrepièce 8 bonne conductrice de la chaleur, par exemple en cuivre. Le rôle de cette pièce 8 est de répartir les calories dégagées par le composant 2, 3 en silicium afin de diminuer les élévations de température dues à la résistance thermique de la couche 6. La contrepièce 8 élargit l'interface de contact entre le composant 2, 3 et la couche conductrice 6. En d'autres termes, dans le cas des composants 2, 3 ayant à dissiper une puissance thermique importante, afin de réduire la résistance thermique de conduction à la jonction du composant 2, 3 avec la surface dissipatrice 6 du module, on interpose entre le composant 2, 3 et la couche 6 une contrepièce en cuivre 8 tel qu'indiqué sur la figure 1. Le rôle de la contrepièce 8 est également de fournir une réserve de capacité calorifique permettant au composant 2, 3 de résister à une situation de surcharge (telle que rupture de charge ou " load dump "). De la même manière et afin d'assurer un fonctionnement optimisé du module, on peut ajouter une deuxième contrepièce en cuivre 10 directement sur la face supérieure du composant 2 opposée à la couche 6. Le rôle de cette contrepièce 10 est de fournir à l'assemblage une capacité calorifique suffisante afin qu'il puisse supporter certaines phases de fonctionnement de l'alternateur telles que les ruptures de charge. Cependant, on s'abstiendra de mettre en place cette deuxième contrepièce 10 dans le cas d'un composant de régulation 3 comprenant une puce. Pour connecter le composant 2 à un autre organe 12 du module ou de l'alternateur, on pourra souder par ultrasons un fil 14, par exemple en aluminium, à la face supérieure de la contrepièce supérieure 10 et à l'organe 12. Dans ce cas, la contrepièce 10 subira d'abord avantageusement un traitement de surface tel qu'un nickelage, facilitant ce type de soudure. Alternativement, on pourra connecter la contrepièce 10 à l'organe 12 au moyen d'un pontet en cuivre brasé par exemple. Dans le cas de la puce 3, la connexion peut être effectuée au moyen de fils 17 émergeant de la puce. La couche conductrice 6 permet de réaliser des connexions électriques entre les composants. Comme le montre la partie droite de la figure 1, on pourra, au moins sur une zone du substrat 4, déposer directement par sérigraphie une (ou plusieurs) couche15 électriquement isolante 16 permettant de séparer galvaniquement du potentiel de la plaque 4 le circuit ou le composant 2, 3 que recevra cette couche 16. Cette couche isolante 16 peut recevoir directement ensuite une couche conductrice 18 par exemple propre à chaque composant, et un composant 2, 3 directement sur cette dernière. Ainsi, comme illustré, la couche 18 peut recevoir une contrepièce inférieure 8, laquelle reçoit un composant de puissance 2, ce dernier étant recouvert par une contrepièce supérieure 10. La couche 18 peut également recevoir une contrepièce 8, puis une puce 3 avec ses fils 17. La couche 18 peut enfin recevoir directement un composant de puissance 2 et une contrepièce supérieure 10. Dans chacun de ces cas, le substrat métallique 4 d'une part, et l'élément métallique 8 ou 18 d'autre part, forment de part et d'autre de la couche isolante 16 un condensateur assurant le filtrage d'éventuels parasites. La couche conductrice 6 peut également recevoir sur certaines zones une ou plusieurs couches électriquement isolantes. On procédera ensuite à des opérations de même type que celles effectuées pour obtenir un circuit classique par sérigraphie de la même manière qu'on le ferait sur un substrat en alumine par exemple, ces opérations visant entre autres à réaliser les connexions des composants 2, 3 à recevoir. Notamment, on reporte sur le substrat tous les composants 2, 3 habituellement utilisés sur des substrats en alumine. Le module contiendra toute l'électronique nécessaire au fonctionnement d'un alternateur pour véhicule automobile, soit: le redressement, la régulation de tension et le contrôle commande de toutes les autres fonctions auxiliaires implantées sur l'alternateur et notamment les fonctions de commande de l'alternateur en mode démarreur. Le module pourra être fixé à l'arrière de l'alternateur. L'alternateur pourra faire office de démarreur. Si le module électronique permet de réaliser cette fonction, dans ce mode de réalisation, en plus de la fonction régulateur, on prévoit une électronique de commande du pont de Graetz. On pourra mettre en oeuvre l'une des contrepièces 8 ou 10 indépendamment des autres caractéristiques de l'invention. REVENDICATIONS 1. Alternateur pour véhicule comprenant des composants (2) de redressement de courant et au moins un composant (3) de commande, caractérisé en ce que les composants de redressement (2) et le composant de commande (3) sont montés sur un même substrat (4). 2. Alternateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat (4) comprend une plaque de métal. 3. Alternateur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une couche électriquement conductrice (6) s'étendant directement sur la plaque (4). 4. Alternateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une contrepièce (8) en métal interposée entre l'un des composants (2, 3) et une couche conductrice (6). 5. Alternateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une contrepièce (10) en métal s'étendant sur une face d'un des composants (2, 3) opposée au substrat (4) 6. Alternateur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un élément de connexion (14) en contact direct avec la contrepièce (10). 7. Alternateur selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une couche électriquement isolante (16) en contact direct avec le substrat (4) et/ou la couche conductrice. 8. Alternateur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un élément électriquement conducteur (8, 18) recevant un composant (2, 3) et s'étendant sur la couche isolante (16) du côté opposé au substrat (4). 9. Alternateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le substrat (1) est un porte-balais. 10. Alternateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte un porte-balais distinct du substrat. 11. Alternateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le composant de commande est un composant de régulation. 12. Alternateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'alternateur est un démarreur. 13. Alternateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le composant de commande est un composant de commande de la fonction démarrage. 14. Alternateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les composants de redressement sont montés en pont de Graetz et il comprend un module de commande de ce montage. 15. Procédé de fabrication d'un alternateur pour véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: - fournir une plaque de métal (4); - sérigraphier au moins une couche (6, 16) sur la plaque; et - déposer l'un des composants (2, 3) sur la couche. 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'on sérigraphie au moins une couche isolante (16). 17. Procédé selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce qu'on sérigraphie une couche lZ conductrice (6) sur la plaque (4) et on dépose l'un des composants (2, 3) sur cette couche. 18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'on interpose une contrepièce (10) en métal entre la couche conductrice (6) et le composant (2, 3).