Brevet FR2788193A1 — publié le 20000707

I La présente invention concerne un procédé de réa- lisation d'un élément à composant semi-conducteur à milieu isolé et radiateur ainsi qu'un élément résultant. La présente invention concerne un procédé de réa- lisation d'un élément électronique comportant un composant semiconducteur à milieu isolé et un radiateur, le composant semi-conducteur étant muni de ses conducteurs et son boîtier est logé dans une gaine isolante électrique à l'intérieur d'un radiateur. L'invention concerne également un élément à com- posant électronique à radiateur comprenant - un boîtier relié au câble du composant, - un manchon recevant le boîtier et l'ensemble ainsi formé est logé dans un radiateur ayant une forme de manchon. L'invention concerne le domaine des composants électroniques traversés par une intensité qui peut être rela- tivement importante ou pendant une durée prolongée de sorte que le composant s'échauffe et qu'il faut augmenter sa sur- face naturelle d'échange de chaleur (usuellement constituée par son boîtier) pour favoriser l'échange de chaleur et évi- ter que la température ne dépasse une température critique risquant de détruire le composant. Un tel élément à composant électronique est par exemple utilisé comme shunt pour une lampe d'éclairage fai- sant partie d'un ensemble de lampes d'éclairage basse tension monté en série. En effet, dans le cas d'une telle installation, comme toutes les lampes sont placées en série, il est indis- pensable que la défaillance d'une lampe, c'est-à-dire la cou- pure de la résistance (faible) qu'elle constitue, ne se traduise par une coupure totale du courant. Dans ce cas, il est connu de court-circuiter la lampe défectueuse pour alimenter les autres lampes montées en série. Un tel shunt est réalisé actuellement, comme cela est enseigné, par exemple dans le document FR 97 14 627, par un triac combiné à une diode. Le boîtier avec le triac et la diode ainsi que l'extrémité du câble électrique sont logés dans un manchon isolant électrique lui-même collé dans un manchon conducteur de chaleur, par exemple un manchon en alu- minium constituant un radiateur. Après cette mise en place on coule dans cet en- semble une masse qui durcit réalisant ainsi une isolation électrique parfaite et une bonne conduction thermique entre le boîtier du composant et le radiateur extérieur. La puissance dégagée par le composant semi- conducteur est telle qu'il faut un radiateur extérieur rela- tivement grand et en général beaucoup plus grand que le boî- tier du composant électronique pour éliminer la chaleur dégagée et éviter une élévation de température au-delà d'une température relativement faible de fonctionnement en régime stationnaire. Mais cet élément ainsi réalisé présente l'inconvénient d'un coût relatif assez important pour son em- ploi. La présente invention a pour but de développer un procédé et un dispositif du type défini ci-dessus pour obte- nir un ensemble plus simple, moins coûteux et plus efficace. A cet effet, l'invention concerne un procédé ca- ractérisé en ce qu' - on place le boîtier du composant dans une gaine isolante électrique et l'ensemble dans un radiateur en forme de man- chon métallique coupé à la longueur appropriée, - on réalise au moins une déformation de la matière du man- chon métallique par déformation permanente pour coincer le boîtier dans le manchon. Ainsi, le procédé selon l'invention réduit de fa- çon importante le nombre des étapes de fabrication de l'élément à composant semi-conducteur puisqu'il suffit d'une simple déformation mécanique du manchon formant le radiateur, en un endroit ne risquant pas d'écraser le boîtier du compo- sant ou le composant lui-même, pour avoir néanmoins une bonne fixation du composant dans le manchon formant le radiateur tout en permettant une évacuation rapide et efficace de la chaleur dégagée par le composant. La simplicité de la réalisation selon l'invention se traduit également par une réduction important du temps de fabrication, en plus du temps nécessaire à l'exécution des opérations proprement dites puisqu'il n'y a pas lieu d'attendre un quelconque séchage ou prise de la résine char- geant l'élément. Suivant différentes caractéristiques de l'inven- tion, la déformation du manchon formant le radiateur peut être une déformation unique, placée à côté du boîtier du com- posant et qui est suffisamment grande pour bloquer le compo- sant sans le soumettre à des contraintes excessives. Il est également possible de multiplier le nombre de déformations ou d'empreintes, par exemple deux empreintes, une de chaque côté de l'emplacement du composant. De manière plus avantageuse, le procédé réalise trois empreintes, deux sur les côtés, et la troisième pinçant et bloquant le câble d'alimentation préalablement garni d'un manchon d'isolation. D'une manière particulièrement avantageuse on combine cette empreinte ou déformation du manchon constituant le radiateur à un pincement du câble électrique relié au com- posant. Pour cela et pour éviter d'endommager le câble, sur- tout s'il est constitué par deux fils uniques, non tressés, on garnit le câble d'un manchon extérieur qui constitue effi- cacement un moyen d'absorption des différences dimensionnel- les tout en permettant un pincement très efficace du câble, évitant tout arrachement du câble par rapport au composant. L'invention concerne également un élément à com- posant électronique réalisé selon le procédé défini ci- dessus, caractérisé en ce que le boîtier est écrasé par poin- çonnement à au moins un endroit à côté de l'emplacement du boîtier du composant pour bloquer celui-ci dans le manchon formant le radiateur. Comme déjà indiqué, le manchon formant le radia- teur peut avoir trois empreintes. Il est également très avantageux d'augmenter la surface d'échange de chaleur du manchon et de simplifier la réalisation tout en améliorant la stabilité de la tenue du composant à l'intérieur du radiateur grâce à des ailettes in- ternes prévues dans le manchon formant le radiateur; ces ai- lettes constituent des cales latérales tenant le boîtier du composant évitant que celui-ci ne bouge et améliorant égale-5 ment l'échange thermique. Il est également possible de réaliser l'élément à composant électronique, différemment, avec un manchon qui s'écrase latéralement ou qui conserve les surfaces planes tant sur le dessus que sur le dessous. Ainsi, suivant une caractéristique particulière- ment avantageuse de l'invention, le boîtier est formé d'un manchon, de section rectangulaire, muni, sur ses petits c8- tés, de plis permettant l'écrasement du manchon pour le blo- cage du composant et de sa gaine.15 Lorsque le manchon est écrasé sur les côtés, la déformation est relativement légère puisqu'il n'y a pas à proprement parler d'empreinte mais simplement un léger écra- sement des deux bords, écrasement rendu possible par l'écrasement des plis. Dans le cas o la surface supérieure du manchon doit rester parfaitement plane, il est intéressant d'utiliser un manchon d'un type différent. Un tel manchon est caractéri- sé en ce que le manchon comporte une double paroi, la paroi intermédiaire délimitant avec la paroi inférieure le logement recevant le composant et sa gaine, et cette cloison intermé- diaire se déformant en même temps que les plis latéraux pour bloquer le composant et sa gaine alors que la paroi exté- rieure reste plane. Ainsi, ce manchon peut être écrasé avec un poin- çon parfaitement plat. Le manchon est alors écrasé entre la surface sur laquelle il est appuyé et le poinçon et la paroi intermédiaire qui délimite avec le fond du manchon, la cham- bre recevant le composant et sa gaine, se déforme en même temps que les plis latéraux s'écrasent. De manière générale, la réalisation d'un manchon avec des plis latéraux avec ou sans paroi intermédiaire, est particulièrement simple. Un tel manchon est comme le manchon avec des ailettes de radiateur interne ou le manchon à simple section rectangulaire, réalisable sous la forme d'un profilé extrudé, notamment en aluminium ou un alliage ayant des ca- ractéristiques semblables de conductivité thermique et de lé- gèreté. La réalisation d'un manchon avec des plis laté- raux permet de diminuer la largeur de l'élément réalisé, puisque la surface de rayonnement et de conduction du radia- teur constitué par le manchon, est conservée du fait de la surface des plis. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans les- quels: - la figure 1 est un schéma électrique d'une ap- plication d'un composant électronique selon l'invention, - la figure 2 montre schématiquement la réalisa- tion d'un composant selon la technique connue, - la figure 3 est une vue en coupe complétant la figure 2 et montrant la phase finale de la réalisation d'un élément à composant électronique selon l'art antérieur, - la figure 4 montre schématiquement les diffé- rents éléments constitutifs d'un élément à composant électro- nique selon l'invention, - la figure 5 est une vue en perspective de l'élément à composant électronique, terminé, - la figure 6 est une vue en coupe longitudinale de l'élément à composant électronique selon l'invention, - la figure 7 est une coupe transversale de l'élément de la figure 6. - Les figures 8A, 8B sont des vues en coupe ana- logues à celles des figures 6 et 7 d'une première variante de réalisation de manchons, selon l'invention. - Les figures 9A, 9B sont des vues en coupe ana- logues aux précédentes montrant une seconde variante de réa- lisation d'un manchon selon l'invention. Selon la figure 1, l'invention concerne, de ma- nière non exclusive, des éléments électroniques à compo- sant(s) semi-conducteur(s) constituant un shunt, comme par exemple le shunt SHT sur la lampe Li en série avec un ensem- ble de lampes L2... et un régulateur d'alimentation entre un pâle P et un neutre N d'une alimentation en tension alterna- tive. Toutes les lampes Li, L2, sont traversées par un même courant. Pour éviter que les lampes ne soient coupées de l'alimentation en cas de défaillance de l'une des lampes, celles-ci sont shuntées par un élément à composant électroni- que selon l'invention. Cet élément fonctionne comme un commu- tateur qui se ferme lorsque la tension aux bornes de la lampe défectueuse Li, L2... dépasse un certain seuil (ce qui cor- respond à l'ouverture de la résistance représentée par la lampe défectueuse). Selon la figure 2, l'élément à composant électro- nique SHT, etc. connu est constitué par un triac lt avec une diode ld; l'ensemble est branché entre la ligne d'alimentation et la ligne de sortie du câble lc. Le triac lt se trouve dans un boîtier 1 formant un radiateur thermique lr. Selon l'art antérieur, le boîtier 1, équipé de sa diode ld et du câble lc, est placé dans une gaine 2 qui sera éventuellement collée dans un manchon 3 formant un radiateur. La surface de ce manchon 3 est calculée en fonc- tion de la déperdition thermique à réaliser pour stabiliser la température et rester en dessous d'un certain niveau de température. Le manchon 3 est un morceau découpé dans un pro- filé tel que par exemple un profilé d'aluminium qui convient tout particulièrement. Après mise en place du boîtier lr du composant 1, ld, avec son câble lc dans la gaine 2, puis introduction de l'ensemble dans le manchon 3 (figure 3), on coule une résine pour bloquer les différents éléments constitutifs du montage. Cette solution connue présente l'inconvénient de nécessiter une mise en oeuvre relativement longue et donc coûteuse. La présente invention concerne un procédé et un élément différents de ceux décrits ci-dessus. L'élément comprend un composant semi-conducteur 1, muni d'une diode d'entrée ld et d'un câble d'entrée/sortie lc avec un boîtier lb pour le composant semi-conducteur. Une fois le câble lc relié au composant semi- conducteur 1, ld, on engage sur le câble lc un manchon de protection 10 d'une longueur relativement faible, constituant comme cela sera vu ultérieurement un passe-câble. Après cette mise en place ou avant celle-ci, on introduit le composant lc avec son complément ld dans une gaine élastique 11, en matière plastique, constituant un moyen d'isolation électrique. La gaine élastique est de pré- férence en caoutchouc silicone. Puis, on loge la gaine 11 ainsi garnie dans la cavité 121 d'un manchon 12, métallique, constituant un radia- teur, c'est-à-dire un échangeur de chaleur. Dans l'exemple représenté à la figure 4, le man- chon 12, qui est de préférence en aluminium ou en alliage d'aluminium, à section rectangulaire assez plate, comporte intérieurement des ailettes 122, 123 placées de chaque côté du manchon 121. Entre les deux groupes d'ailettes 122, 123 il subsiste un intervalle pour le boîtier électronique 1 déjà placé dans la gaine élastique 11. On bloque définitivement la gaine élastique 11 avec son composant 1, lt, ld et son câble lc, en réalisant, dans le manchon 12, une ou plusieurs empreintes 124, 125, 126 bordant l'emplacement du composant électronique. Dans le cas le plus simple, une empreinte 124 peut suffire. Dans des cas plus complexes, il peut être nécessaire ou préférable de pré- voir au moins trois empreintes réparties autour du contour théorique du composant à l'intérieur du manchon 12. Cette si- tuation est représentée à la figure 5. Les figures 6 et 7 montrent en coupe longitudi- nale et transversale la réalisation d'une empreinte comme l'empreinte 126 ou l'empreinte 124 de la figure 5. La ou les empreintes 124-126 peuvent également recevoir des éléments d'identification tels qu'un code comme cela apparaît pour l'empreinte 126 à la figure 5, si bien qu'une seule opération réalise l'empreinte et le marquage. La figure 6 montre schématiquement un poinçon 20 avec sa partie en saillie 21 réalisant l'empreinte 126. La figure 7 montre en coupe le résultat de l'opération effectuée à la figure 6. Les figures 8A et 8B montrent un autre mode de réalisation, selon l'invention. Dans ces figures, on utilisera les mêmes référen- ces que ci-dessus pour désigner des éléments identiques ou analogues, en complétant ces références par le suffixe A. Le composant 1A est placé comme précédemment dans une gaine 11A mais celle-ci est placée dans un manchon 12A, profilé, ayant globalement une section rectangulaire avec, dans les petits côtés, des plis 127A, 128A, de préférence sy- métrique. Ces plis peuvent être écrasés. Ainsi, lorsque le manchon 12A est comprimé comme l'indiquent les flèches A, il y a, d'une part, un écrasement des plis 127A, 128A ainsi qu'éventuellement une déformation en oméga de la surface supérieure, si le poinçon s'appuie sur les côtés comme l'indiquent les deux flèches A de la figure 8A. Les côtés présentent ainsi des parties enfoncées 124A, 125A et la partie centrale 126A reste et forme un bom- bement. La position initiale de la surface supérieure est représentée par le pointillé P. Dans cette réalisation, les plis 127A, 128A du manchon 12A constituent en quelque sorte des ailettes de ra- diateur, l'équivalent des ailettes 122, 123 du mode de réali- sation précédent. Ces plis constituent également des moyens de po- sitionnement de l'ensemble formé par le composant 1A et sa gaine 11A. Les figures 9A, 9B montrent un autre mode de réa- lisation. Il peut en effet être intéressant pour certaines applications que la surface supérieure comme la surface infé- rieure du manchon restent planes. Dans cette variante de réalisation, on a utilisé les mêmes références numériques que dans les réalisations précédentes avec un suffixe B pour désigner les éléments identiques ou analogues. Selon la figure 9A, le composant 1B est placé dans une gaine lEB de même type que les gaines précédentes. L'ensemble est placé dans un manchon 12B qui comporte sur les côtés deux plis 127B, 128B et sur le dessus, une double paroi 129B, 130B. Cette double paroi permet un écrasement avec un poinçon plat 20B, comme cela est indiqué à la figure 9B. La paroi intérieure 129B s'écrase latéralement en même temps que les plis 127B, 128B sont également écrasés. Mais le dessus B de même que le dessous du manchon 12B conservent une forme parfaitement plane. Les manchons 12A, 12B sont réalisables sous la forme de profilés extrudés/étirés en un métal comme l'aluminium ou un alliage d'un métal léger bon conducteur de chaleur. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Procédé de réalisation d'un élément électronique compor- tant un composant semi-conducteur à milieu isolé et un radia- teur, le composant semi-conducteur étant muni de ses conducteurs et son boîtier (1) est logé dans une gaine isolante (2, 11) électrique à l'intérieur d'un radiateur (3, 12), caractérisé en ce qu' - on place le boîtier (1) du composant dans une gaine iso- lante électrique (11) et l'ensemble dans un radiateur en forme de manchon métallique (12) coupé à la longueur appro- priée, - on réalise au moins une déformation (124-126) de la matière du manchon métallique (12) par déformation permanente pour coincer le boîtier (1) dans le manchon. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on réalise deux déformations latérales (124, 125) de part et d'autre du boîtier (1) du composant semi-conducteur. ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on place une gaine extérieure (10) sur les câbles (lc) à l'entrée du radiateur et on écrase la gaine (10) de câble (lc) pour bloquer le câble. ) Elément à composant électronique à radiateur comprenant - un boîtier relié au câble du composant, - un manchon recevant le boîtier et l'ensemble ainsi formé est logé dans un radiateur ayant une forme de manchon, caractérisé en ce que le boîtier (1) est écrasé par poinçonnement à au moins un en- droit (124, 125, 126) à côté de l'emplacement du boîtier (1) du composant pour bloquer celui-ci dans le manchon formant le radiateur. l1 ) Elément à composant électronique à radiateur selon la re- vendication 4, caractérisé en ce que le manchon (12) formant radiateur comporte trois empreintes de poinçonnement (124-126) réparties autour de la périphérie de l'emplacement du boîtier (1) du composant semi-conducteur. 6 ) Elément à composant électronique à radiateur selon la re- vendication 4, caractérisé en ce que le manchon formant radiateur comporte intérieurement des ai- lettes latérales (122, 123) constituant des cales latérales pour le boîtier (1) du composant semi-conducteur. 7 ) Elément à composant électronique à radiateur selon la re- vendication 4, caractérisé en ce que le manchon (12) est en un métal conducteur de chaleur tel que de l'aluminium ou un alliage d'aluminium. 8 ) Elément à composant électronique de chaleur selon la re- vendication 4, caractérisé en ce qu' il comporte une gaine élastique (11) en caoutchouc siliconé. ) Elément à composant électronique à radiateur selon la re- vendication 4, caractérisé en ce que le boîtier (1) est formé d'un manchon (12A, 12B), de section rectangulaire, muni, sur ses petits côtés, de plis (127A, 128A, 127B, 128B) permettant l'écrasement du manchon pour le blocage du composant et de sa gaine (1A, 11A, lB, 11B). ) Elément à composant électronique à radiateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le manchon (12B) comporte une double paroi (129B, 130B), la paroi intermédiaire (129B) délimitant avec la paroi infé- rieure le logement recevant le composant (lB) et sa gaine (llB), et cette cloison intermédiaire se déformant en même temps que les plis latéraux pour bloquer le composant et sa gaine alors que la paroi extérieure (130B) reste plane.5