Brevet FR2822341A1 — publié le 20020920

DISPOSITIF ELECTRONIQUE AVEC DRAIN THERMIQUE La présente invention concerne des perfection- nements apportés aux dispositifs électroniques comprenant au moins une carte à circuits imprimés supportant des composants électroniques susceptibles de dégager de la chaleur et un boîtier métallique hermétiquement fermé contenant ladite carte, la carte étant solidarisée par un adhésif à une plaque métallique servant de drain thermique, ladite plaque métallique étant une paroi du boîtier. Un dispositif électronique tel que précité trouve application par exemple, bien que non exclusivement, dans l'équipement automobile (par exemple contrôle électronique du moteur). Dans un environnement aussi polluant (poussières, eau, huile), les cartes électroniques ont besoin d'être protégées de façon efficace et à cet effet elles sont enfermées dans un boîtier hermétiquement clos. De plus, ce boîtier sert à protéger mécaniquement les cartes électroniques contre les chocs. Toutefois, les composants semi-conducteurs à très haute intégration qui sont implantés sur les cartes électroniques (transistors et circuits intégrés de commande de puissance notamment) dégagent une chaleur notable qui doit pouvoir être évacuée sous peine d'endommagement de ces composants. Mais l'herméticité de la fermeture des boîtiers s'oppose à une évacuation naturelle de cette chaleur. Il est donc connu, par exemple d'après le document FR-A-2 766 051, de solidariser la carte électronique à une plaque métallique qui fait fonction de drain thermique et qui par ailleurs constitue une paroi du boîtier. Un exemple d'un tel dispositif est illustré aux figures 1A à 1C des dessins annexés. Une carte à circuits imprimés 1, du type double face (c'est-à-dire ayant des circuits imprimés sur ses deux faces), supporte des composants électroniques 2 sur une de ses faces. La carte à circuits imprimés 1 est solidarisée, par l'intermédiaire d'une couche d'adhésif 3, à une plaque métallique 4 qui est au moins aussi grande que la carte à circuits imprimés. La couche d'adhésif 3 est électriquement isolante. Si besoin en est, au droit de certains composants électroniques sujets à une émission calorifique sensible, la carte à circuits imprimés 1 peut présenter des trous traversants 5, formant drains thermiques favorisant le passage de la chaleur à travers la carte 1 en direction de la plaque métallique 4. La fabrication d'un tel ensemble est relativement simple. On commence par réaliser la carte à circuits imprimés 1 avec les circuits électriques sur les deux faces de la carte. Une feuille d'adhésif est découpée selon le contour de la carte 1 pour constituer la couche d'adhésif 3. Cette couche d'adhésif 3 est ensuite collée sur une face de la carte 1, puis cet ensemble est à son tour collé sur la plaque métallique 4 ; ou bien, en variante, la couche d'adhésif 3 est collée sur la plaque métallique 4, puis la carte à circuits imprimés 1 est collée sur l'adhésif. L'ensemble tricouche-carte 1, adhésif 3, plaque métallique 4-est alors passé entre deux rouleaux compresseurs pour parfaire la solidarisation par laminage. Puis les composants électroniques 2 sont montés, puis soudés (de préférence par un processus de refusion) sur la face libre de la carte à circuits imprimés 1. Enfin la plaque métallique 4 munie de la carte est montée (par vissage, par clipsage,...) sur un boîtier protecteur 6, par exemple lui aussi métallique, la plaque 4 constituant une paroi dudit boîtier comme cela apparaît clairement aux figures 1A à 1C. Cet agencement connu donne toute satisfaction dans les limites de l'utilisation pour laquelle il a été conçu. Mais il présente des inconvénients, voire il devient inexploitable dès que ces limites sont atteintes ou transgressées. Un premier problème est afférent à la nature des composants électroniques utilisés. Tous les composants doivent être soudés à plat sur la face de montage de la carte à circuits imprimés 1. Toutefois, certains composants n'acceptent pas ce mode de montage : il en est ainsi notamment, par exemple, des connecteurs électriques destinés au raccordement électrique de la carte 1 avec d'autres connecteurs montés sur un dispositif récepteur (carte-mère ou câble de liaison, par exemple). De tels connecteurs sont en effet généralement équipés de broches traversantes destinées à être soudées à la vague. La saillie des broches sur la face de la carte 1 ne portant pas les composants électroniques s'oppose à la fixation de la carte sur la plaque métallique 4, tout au moins dans cette zone. Dans ce cas, comme visible à la figure 1C, on découpe ou échancre en 10 la plaque métallique 4 de manière à laisser dégagée la zone de la carte 1 dans laquelle se trouve l'obstacle (composant isolé, extrémités 7 de broches d'un composant situé sur l'autre face tel qu'un connecteur 8,...). Pour assurer la fermeture du boîtier, on met en place un couvercle ou bouchon 9 constitué en tout matériau souhaitable (par exemple en matière plastique) qui est solidarisé de façon étanche à la plaque métallique 4 pour obturer la découpe 10 pratiquée dans la plaque 4. Dans d'autres agencements, certains impératifs (notamment trop grande densité des composants électroniques) empêchent que tous les composants puissent être disposés sur une seule face de la carte et nécessiteraient que ces composants soient répartis sur les deux faces de la carte à circuits imprimés. Le montage actuellement connu, illustré aux figures 1A à 1C, n'autorise pas un tel agencement. L'invention a donc pour but de remédier aux inconvénients précités et de proposer une solution technique évoluée qui laisse toute liberté quant à la conception de la carte à circuits imprimés, cette solution n'entraînant pas un surcoût excessif dans la fabrication du boîtier complet. A ces fins, un dispositif électronique tel qu'exposé au préambule, étant agencé conformément à l'invention, se caractérise en ce que : - la carte à circuits imprimés supporte des composants électroniques sur ses deux faces, sur une face d'assemblage de la carte, les composants électroniques sont implantés de manière à laisser libre au moins une portion substantielle de ladite face d'assemblage de la carte, - la plaque métallique présente une cavité en correspondance avec la portion de la face d'assemblage de la carte où sont regroupés les composants électroniques, et - la carte à circuits imprimés est solidarisée à des zones libres de la plaque métallique par un adhésif dans la portion substantielle de sa susdite face d'assemblage laissée libre de composants électroniques. De façon préférée, les composants électroniques sont disposés dans la zone centrale de la face d'assemblage de la carte et la portion de la face d'assemblage laissée libre de composants s'étend approximativement le long d'au moins la majeure partie de la périphérie de ladite face d'assemblage. Dans un mode de réalisation préféré en pratique, la plaque métallique est entièrement métallique, y compris dans sa partie définissant la cavité précitée, et il est alors possible que cette plaque soit monobloc et soit une pièce de fonderie ou une plaque matricée, ce qui conduit à une fabrication simple à l'aide d'outillages connus. Dans un exemple pratique, la plaque métallique est constituée en un métal bon conducteur thermique, notamment en aluminium, en alliage d'aluminium ou en fonte d'aluminium, de sorte que la plaque métallique est en mesure de jouer de façon efficace son rôle de drain thermique. Grâce aux dispositions de l'invention, on autorise la réalisation d'une carte à circuits imprimés équipée de composants électroniques sur ses deux faces, ce qui laisse une plus grande liberté pour la mise en place des composants, même si l'une des faces ne reçoit pas, dans sa totalité, des composants. Quant à la plaque métallique, elle présente une légère surépaisseur, au moins localement, qui n'entraîne aucune gêne dans les conditions de montage et d'utilisation du dispositif électronique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation préféré donné à titre d'exemple non limitatif. Dans cette description, on se réfère aux dessins annexés sur lesquels les figures 2A, 2B et 2C sont respectivement une vue en coupe selon la ligne IIA-IIA de la figure 2B, une vue de dessus, et une vue en coupe selon la ligne IIC-IIC de la figure 2C d'un dispositif électronique agencé selon l'invention. Sur les figures 2A à 2C, on utilise les mêmes références numériques pour désigner les organes identiques à ceux des figures 1A à 1C. La carte à circuits imprimés 1 est équipée de composants électroniques 2 sur ses deux faces, avec par exemple en outre des broches 7 en saillie comme dans l'exemple des figures 1A-1C. Les composants sont, sur une des faces 11 de la carte 1 destinée à la fixation, disposés de manière à laisser libre une ou plusieurs zones 12 de ladite face 11 qui sont utilisées pour fixer la carte 1 sur la plaque métallique formant drain thermique. De préférence, les composants 2 sont regroupés dans la région centrale de ladite face 11 comme visible aux figures 2A et 2C, de sorte que les zones dégagées sont situées vers la périphérie de la carte, si possible en s'étendant le long de toute cette périphérie. On réalise ainsi une fixation plus stable et exempte de porte à faux de la carte 1 sur la plaque métallique. De plus, la plaque métallique étant en principe portée à la masse électrique, on crée une barrière électrostatique autour des composants. De son côté la plaque métallique 13 n'est plus plane dans sa totalité comme illustré aux figures 1A à 1C, mais elle présente une cavité 14 dans sa ou ses régions en regard des composants électroniques montés sur la face 11 de la carte 1. Dans l'exemple illustré, la plaque 13 est munie d'une cavité 14 approximativement centrale, qui est entourée par des zones planes 15. Les zones libres 12 de la carte 1 sont fixées, avec interposition d'une couche d'adhésif 3, aux zones planes 15 de la plaque métallique 13 dont la cavité 14 coiffe les composants 2 de la face 11 de la carte 1, comme visible aux figures 2A et 2C. Bien que la paroi définissant la cavité 14 dans la plaque métallique 13 pourrait être constituée en un matériau quelconque puisqu'elle n'est pas au contact direct de la carte 1 et être solidarisée de toute façon appropriée à la plaque métallique 13, il est cependant plus simple et moins contraignant pour la fabrication que la plaque métallique 13 soit intégralement métallique, y compris la paroi définissant la cavité 14 ; dans ce cas, il est souhaitable que la plaque métallique 13 soit monobloc et que la paroi définissant la cavité 14 soit d'un seul tenant avec les zones planes 15. La plaque 13 peut alors être fabriquée de façon simple, par exemple comme pièce de fonderie ou sous forme d'une plaque mince matricée. Pour obtenir des qualités optimales d'échange thermique, il est souhaitable que la plaque métallique 13 soit constituée en un métal très bon conducteur thermique, notamment en aluminium, en alliage d'aluminium ou en fonte d'aluminium. Le dispositif conforme à l'invention est alors fabriqué selon une suite simple d'étapes. La carte à circuits imprimés 1 est fabriquée et équipée de ses composants sur ses deux faces. Une feuille d'adhésif est découpée pour obtenir une couche d'adhésif 3 au contour requis qui est apposée soit de préférence sur les zones planes 15 de la plaque métallique 13, soit sur les zones dégagées 12 de la face 11 de la carte à circuits imprimés 1. Puis la carte 1 et la plaque 13 sont solidarisées avec interposition de la couche d'adhésif 3 et comprimées l'une contre l'autre. Enfin, la plaque 13 munie de la carte 1 est montée sur le boîtier 6 dont elle constitue une des parois. Le dispositif électronique agencé conformément à l'invention permet de conserver la structure simple des dispositifs antérieurs dans lesquels la carte à circuits imprimés est collée par toute sa surface sur la plaque métallique formant drain thermique, tout en autorisant la mise en oeuvre d'une carte équipée de composants sur ses deux faces, avec une fixation rigide et non sensible aux vibrations de la carte sur la plaque métallique formant drain thermique. De plus, les composants électroniques peuvent être soudés à la carte à circuits imprimés par un processus de double refusion simple à mettre en oeuvre. REVENDICATIONS 1. Dispositif électronique comprenant au moins une carte à circuits imprimés (1) supportant des composants électroniques (2) susceptibles de dégager de la chaleur et un boîtier métallique (6) hermétiquement fermé contenant ladite carte, la carte (1) étant solidarisée par un adhésif (3) à une plaque métallique servant de drain thermique, ladite plaque métallique étant une paroi du boîtier (6), caractérisé en ce que : - la carte à circuits imprimés (1) supporte des composants électroniques (2) sur ses deux faces, - sur une face d'assemblage (11) de la carte, les composants électroniques (2) sont implantés de manière à laisser libre au moins une portion substantielle (12) de ladite face d'assemblage (11) de la carte, - la plaque métallique (13) présente une cavité (14) en correspondance avec la portion de la face d'assemblage (11) de la carte où sont regroupés les composants électroniques (2), et - la carte à circuits imprimés (1) est solidarisée à des zones libres (15) de la plaque métallique (13) par un adhésif (3) dans la portion substantielle (12) de sa susdite face d'assemblage (11) laissée libre de composants électroniques. 2. Dispositif électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les composants électroniques (2) sont disposés dans la zone centrale de la face d'assemblage (11) de la carte (1) et en ce que la portion de la face d'assemblage (11) laissée libre de composants s'étend approximativement le long d'au moins la majeure partie de la périphérie de ladite face d'assemblage (11). 3. Dispositif électronique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la plaque métallique (13) est entièrement métallique, y compris dans sa partie définissant la cavité (14) précitée. 4. Dispositif électronique selon la revendication 3, caractérisé en ce que la plaque métallique (13) est monobloc et est une pièce de fonderie ou une plaque matricée. 5. Dispositif électronique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque métallique (13) est constituée en un métal bon conducteur thermique, notamment en aluminium, en alliage d'aluminium ou en fonte d'aluminium.