Brevet FR2839607A1 — publié le 20031114

manuelle munie d'une poignee de manipulation par un operateur. - 1 2839607 La presente invention concerne un assemblage de composants electriques ou electroniques de puissance sur un circuit imprime ainsi qu'un procede d'obtention d'un tel assemblage. En electronique, il est courant d'utiliser un circuit imprime destine a recevoir des composants electriques ou electroniques qui vent relies entre eux par soudage a des lignes de connexion, generalement de cuivre, imprimes sur la plaque du circuit imprime. Parmi ces composants electriques ou electroniques, il y a des composants de puissance qui, du fait qu'ils vent traverses par des courants de relativement haute intensite, dissipent de la chaleur. Il est connu d'utiliser des dissipateurs de chaleur, encore appeles radiateurs, pour dissiper cette chaleur de maniere que la temperature de ces composants electriques ou electroniques de poissance ne s'eleve pas de trop, risquant de les endommager. Par ailleurs, ces composants electriques ou electroniques de puissance, afin de mieux dissiper leur chaleur, vent montes sur une semelle metallique laquelle, pour des 1 S raisons de construction, est reliee electriquement au potentiel d'une des pastes. Le montage de ces composants sur un circuit imprime pose done un probleme pour la dissipation de la chaleur qu'ils emettent. On conna^t, notamment par le document de brevet WO-A-96 13966, un assemblage de composants dans loquel les composants vent montes sur une plaque de ceramique, laquelle est placee dans une ouverture prevue dans un circuit imprime principal. Des epingles assurent a la fois la liaison de la plaque de ceramique et la liaison electrique des composants avec le circuit imprime. Un tel assemblage n'est pas optimum d'un point de vue dissipation thermique puisqu'une couche isolante electriquement mais aussi, par consequent thermiquement, se trouve entre le composant et le dissipateur de chaleur. Le but de la presente invention est de proposer un assemblage de composants de puissance sur un circuit imprime dont la dissipation thermique est optimisee. Pour ce faire, un assemblage selon la presente invention est caracterise en ce que ledit ou au moins un composant electrique ou electronique de puissance est directement monte en contact thermique intime sur une plaque de conduction thermiquement conductrice elle-meme montee dans une ouverture que comporte ladite plaque de circuit imprime, les pastes audit ou d'au moins un composant electrique ou electronique de puissance etant connectees directement sur le circuit imprime. Avantageusement, ladite plaque de conduction est constituee dans un metal, tel que du cuivre, du laiton ou tout auke metal soudable. Selon une autre caracteristique de ['invention, il comporte au moins un dispositif de dissipation en contact thermique intime avec ladite plaque de conduction. Avantageusement, ledit ou chaque dispositif de dissipation est fixe sur la plaque du circuit imprime. Touj ours avantageusement, la surface de la base audit dispositif de dissipation est superieure a la surface de l'ouverture dans laquelle ladite plaque de conduction est montee de maniere a ce qu'il puisse couvrir ladite plaque de conduction et repose sur ladite plaque a circuit imprime. Selon des modes de realisation avantageux, ladite plaque de conduction comporte une zone qui recouvre partiellement ou totalement sa surface et qui est constituee d'une couche isolante et d'une couche conductrice, ladite zone pouvant accueillir des composants de surface, ladite couche conductrice etant gravee de maniere a assurer differentes liaisons electriques entre composants, liaisons isolees electriquement de la plaque de conduction. La presente invention concerne egalement un composant de support et connexion de composants electriques ou electroniques de puissance destine a constituer une plaque de conduction d'un assemblage tel qu'il vient d'etre precedemrnent decrit. Ce composant est caracterise en ce qu'il est constitue d'une base de conduction thermiquement conductrice comportant une zone qui recouvre partiellement sa surface et qui est constituee d'une couche isolante et d'une couche conductrice. Avantageusement, ladite couche conductrice est constituee dans un materiau electriquement conducteur qui peut etre gravee de maniere a pouvoir assurer differentes liaisons electriques entre composants. La presente invention concerne encore un procede d'assemblage d'au moins un composant electrique ou electronique de puissance sur une plaque de circuit imprime qui est caracterise en ce qu'il comporte les etapes suivantes: - a) mise en place du ou des composants electriques ou electroniques sur une plaque de conduction thermiquement conductrice, - b) mise en place de ['ensemble ainsi constitue sur ladite plaque a circuit . mprlme, - c) soudage des pastes du ou des composants electriques ou electroniques sur le circuit imprime de ladite plaque a circuit imprime. Entre l'etape a) et l'etape b), ledit ou lesdits composants vent avantageusement fixes au moyen d'une pate a braser, et apres l'etape b), ltensemble est passe au four de maniere que ladite pate a braser, en chauffant, soude definitivement ledit ou lesdits composants sur la plaque de conduction. S elon une autre caracteri sti que de [ ' inv enti on, l edit pro cede d'as sembl age comprend encore une etape de fixation d'un dispositif de dissipation en contact intime avec la plaque de conduction. Il comprend encore une etape de fixation du dispositif de dissipation sur la plaque a circuit imprime. Les caracteristiques de ['invention mentionnees ci-dessus ainsi que d'autres apparatront plus clairement a la lecture de la description d'exemples de mode de realisation de ['invention, description faite en relation avec les Figs. jointes parmi lesquelles: La Fig. 1 est une coupe d'un assemblage realise selon un premier mode de realisation de ['invention, Les Figs. 2a et 2b vent des vues respectivement de dessus et en coupe d'un assemblage selon le meme premier mode de realisation dtinvention mais avec, en outre, un element de refroidissement, La Fig. 3 est une vue en coupe d'un assemblage realise selon un second mode de realisation de ['invention, et La Fig. 4 est une vue en perspective d'un composant de support et connexion de composants electroniques de puissance utilise dans des assemblages selon ['invention, Les Figs. Sa et Sb vent des vues respectivement de dessus et en coupe d'un assemblage selon le meme second mode de realisation d'invention mais avec, en outre, un element de refroidissement. A la Fig. 1, on peut voir une plaque 10 a circuit imprime comprenant au moins une face 11, 12 sur laquelle est imprime un circuit electrique constitue de lignes electriques de connexion pour des composants electriques ou electroniques (non representes). Par exemple, ces composants peuvent etre des composants electriques ou electroniques de surface, encore appeles composants CMS (Composants Montes en Surface) qui vent done soudes sur la meme face 11, 12 que les lignes assurant leur connexion. La plaque 10 est pourvue d'une ouverture 13 dans laquelle est montee une plaque de conduction 20 conductrice de la chaleur, par exemple en un metal tel que de du cuivre, du laiton ou tout autre metal soudable. La plaque de conduction 20 est dans l'exemple de realisation represente de meme epaisseur que la plaque de circuit imprime 10. Ainsi, les faces de la plaque de conduction 20 peuvent se trouver dans les memes plans que les faces de la plaque a circuit imprime 10. La plaque de conduction 20 supporte des composants electriques ou electroniques de puissance 30 dont les semelles 31 vent directement en contact thermique intime avec la plaque de conduction 20 et dont les pastes 32 vent soudees, pour leur connexion electrique, sur une face imprimee 11 de la plaque a circuit imprime 10. On comprendra que, dans ce mode de realisation, les pastes 32 permettent de plus le maintien en place sur la plaque de circuit imprime 10 de ['ensemble constitue de la plaque de conduction 20 et des composants de puissance 30. On notera que, par ce montage, la semelle 31 d'un composant 30 est isolee de ses pastes de connexion 32 et des pastes de connexion des autres composants ainsi que des lignes conduckices presentes sur les faces 11 et 12 de la plaque de circuit imprime 10. Le mode de realisation qui est represente aux Figs. 2a et 2b est sensiblement identique a celui qui est represente a la Fig.1 (des references identiques identifient des elements identiques) mais il comporte en plus un dispositif de dissipation de la chaleur monte en contact intime avec la plaque de conduction 20 sur la face opposee de cette derriere a celle qui supporte les composants de puissance 30. Des vis de montage 42 assurent la fixation du dispositif 40 avec la plaque de conduction 20. Par ailleurs, le dispositif 40, dont la surface de la base est superieure a la surface de ltouverture 12 de maniere a pouvoir couvrir la plaque de conduction 20 tout en reposant sur la plaque a circuit imprime 10, est fixe sur la plaque du circuit imprime et ce, par exemple, au moyen de vis de montage 43. Dans le mode de realisation represente, le dispositif de dissipation 40 est un dissipateur thermique qui est pourvu d'ailettes de refroidissement 41. Neanmoins, on comprendra qu'il pourrait s'agir d'une plaque relativement epaisse de maniere a pouvoir absorber des pies de puissance. Il pourrait egalement s'agir d'une plaque absorbante a l'extremite d'un caloduc dont l'autre extremite est pourvue d'un dissipateur. On notera que les moyens de fixation par vis de montage 42 ou 43 peuvent eke remplaces par des moyens de collage, clips ressort ou tout autre moyen equivalent avec eventuellement graissage des joints thermiques. i: L'ensemble constitue de la plaque de conduction 20 portent les composants de puissance 30 et le dissipateur thermique 40 est ainsi fermement monte sur la plaque 10 de circuit imprime. On notera, sur la Fig. 2a, l'utilisation de connecteurs CMS 33 en tent que S composants electriques 30. On a represente a la Fig. 3 un autre mode de realisation qui differe essentiellement du mode de realisation qui est represente a la Fig. 1 en ce que la plaque de conduction 20 est constituee d'une base de conduction 21 dont une zone 22 qui ne recouvre qu'une partie seulement de la surface de la base 21 est constituee d'une couche isolante 220 recevant sur son autre face une couche conductrice 221. La couche isolante 220 est par exemple une couche mince d'epoxy, ou de ceramique, etc. alors que la couche conductrice 221 est avantageusement une couche de cuivre. La couche conductrice 221 peut etre par exemple gravee (par des techniques connues en soi) pour permettre le routage de composants, generalement du type CMS, tel que le composant 60. On comprendra que sur la zone 22 peut etre present toute une partie d'un circuit electronique avec ses propres composants, tels que resistances, condensateurs, circuits integres, composants de paissance, etc. Quant a la base de conduction 21, elle est constituee dans un materiau bon conducteur de la chaleur tel que le cuivre, le laiton, ou tout autre materiau soudable. On notera que la base de conduction 21 avec sa zone 22 peuvent former ensemble un unique composant qui sera alors utilise pour supporter des composants electroniques et permettre certaines voire toutes leurs connexions electriques a l'instar d'une plaque de circuit imprime. Un tel composant de support et connexion de composants electriques ou electroniques de puissance est represente a la Fig. 4 ou l'on peut voir la base de conduction 21 pourvue de sa zone 22 constituee de la couche isolante 220 et de la couche conductrice 221. Un tel composant pourra etre fabrique selon des longueurs elevees et decoupe a la demande selon l'utilisation envisagee. C e compo s ant sera uti l i se de mani ere que, par de s trai tements c l as s iq ues et connus de l'homme de metier, la couche conductrice 221 puisse etre gravee et imprimee pour perrnettre les routages necessites par l'utilisation consideree. Le mode de realisation qui est represente aux Figs. 5a et Sb est sensiblement identique a celui qui est represente a la Fig. 3 mais il comporte, a l'instar du mode de realisation qui est represente a la Fig. 2, un dispositif de dissipation de la chaleur 40 monte en contact intime avec la plaque de conduction 20 sur la face opposee de cette derriere a celle qui comporte la zone 22 et celle qui supporte les composants de paissance 30 et 60. Des vis de montage 42 assurent egalement la fixation du dispositif avec la plaque de conduction 20 et des vis 43 sa fixation sur la plaque de circuit imprime 10. Le dispositif de dissipation 40 peut etre un dissipateur pourvu d'ailettes de refroidissement 41, une plaque relativement epaisse, une plaque absorbante a l'extremite d'un caloduc dont l'autre extremite est pourvue d'un dissipateur, etc. On notera que sur la Fig. Sa, la couche conductrice 221 a ete representee gravee puisque l'on peut apercevoir certaines lignes de conduction 63. On remarquera, sur cette Fig. 5a, le composant 60 qui est directement monte sur la zone 22 et dont les pastes vent egalement soudees sur cette zone 22, le composant 61 qui repose sur la plaque de conduction 20 mais a ses pastes soudees sur la zone 22, les composants 62 qui vent fixes sur la zone 22 et qui ont leurs pastes soudees sur la plaque de circuit imprime 10 et les composants 30 qui reposent sur la plaque de conduction 20 mais ont leurs pastes sur la plaque de circuit imprime 10. Dans le mode qui est represente a la Fig. Sb, le dispositif de dissipation 40 est en contact electrique avec le circuit imprime de la face 12 de la plaque de circuit imprime 10. Cela assure la continuite electrique entre le circuit electrique de la plaque 10 et la plaque de conduction 20. On notera que les vis 43 peuvent egalement jouer ce role entre la face 11 de la plaque 10 et la plaque de conduction 20. Dans ['ensemble des modes de realisation decrits ci-dessus, pour mettre en aeuvre ['assemblage, on peut pratiquer de la maniere suivante. On met en place les composants 30 (eventuellement 60, 61, 62) sur la plaque de conduction 20, sur la base de conduction 21 ou, selon le cas, sur la zone 22. Les composants 30 (et 62) ont leurs pastes de connexion 32 qui depassent les cotes de la plaque 20. Ces composants 30 (eventuellement 60, 61, 62) vent par exemple fixes sur la plaque de conduction 20 au moyen d'une pate a braser. L'ensemble est alors mis en place sur la plaque 10 de circuit imprime de maniere que les pastes de connexion 32 reposent sur les lignes du circuit imprime prevues pour leurs connexions. Les composants destines a etre sur la plaque de circuit imprime 10 ou certains d'entre eux vent egalement mis en place comme precedemment. Cet ensemble alors ainsi constitue est passe au four de maniere a ce que la pate a braser, en chauffant, fixe en les soudant de maniere definitive les composants de puissance 30 (60, 61, 62) sur la plaque de conduction 20 (ou la base de conduction 21 ou sa zone 22). Les autres composants qui n'ont pas encore ete mis en place vent alors montes sur la plaque a circuit imprime 10. Ces autres composants ainsi que ltensemble plaque 20 composants 30 (60, 61, 62) vent ensuite soudes sur la plaque 10, par exemple par un processus de refusion au lieu de processus dit a la vague difficilement utilisable a cause de la plaque metallique. Le montage peut s'arreter la si un dispositif de dissipation, tel que le dispositif , ntest pas prevu. Sinon, apres les operations mentionnees cidessous, on met en place le dissipateur thermique 40 que l'on visse a la plaque de conduction 20, au moyen des vis 42, et a la plaque 10 de circuit imprime, au moyen des vis 43. Les avantages de la presente invention resident dans ltexcellent contact thermique entre les semelles 31 des composants 30 et la plaque de conduction 20 ainsi qu'eventuellement le dissipateur thermique 40, reduisant leur resistance thermique. De ce fait, il est possible de reduire le volume, le poids et, par consequent, le cout du d i s sipateur therm i que 4 0, vo ire de le supprimer. De forts courants peuvent etre routes vers les composants de puissance 30, 61 par la base de conduction 21 ou l'eventuel dissipateur thermique 40 qui vent de bons conducteurs de l'electricite. Dans les assemblages de ltetat de la technique, on prevoit generalement plusieurs composants montes electriquement en parallele de maniere a diminuer l'energie dissipee par chacun d'eux et, par consequent, leur dissipation thermique. Du fait que la resistance thermique de ['assemblage de la presente invention a diminue, il est possible de diminuer le nombre de composants de puissance, pour une meme puissance electrique consommee, par rapport a ltetat de la technique. Un autre avantage de la presente invention reside dans une meilleure transmission des transitoires de puissance que peuvent supporter les composants du fait d'une plus faible constante de temps de la dissipation thermique realisee par ['assemblage de ['invention. Un autre avantage de la presente invention resulte du meilleur couplage entre les semelles des composants de puissance, ce qui permet de reduire la dispersion des parametres electriques dependents de la temperature. Lssemblage do lit 6see in=10n penmet de dmphher le manage des pies des composers car louts les Ices concthces circul11mprim6 sonl u1Hisles, coraimme ce qui es1 dims 1'd1 de 1a 1ec1gue. On no1era qu'd strait possible de Memoir deux dissipeurs 40, un par face de 1a 3 plaque de coupon 20. REVENDICATIONS 1) Assemblage d'au moins un composant electrique ou electronique de puissance sur une plaque de circuit imprime (10), caracterise en ce que ledit ou au moins un composant electrique ou electronique de puissance (30) est directement monte en contact thermique intime sur une plaque de conduction (20) thermiquement conductrice elle-meme montee dans une ouverture (13) que comporte ladite plaque de circuit imprime (10), les pastes (32) audit ou d'au moins un composant electrique ou electronique de poissance (30) etant connectees directement sur le circuit imprime (10) . 2) Assemblage selon la revendication 1 ou 2, caracterise en ce que ladite plaque de conduction (20) est constituee dans un metal, tel que du cuivre ou du laiton ou tout autre materiau soudable. 3) Assemblage selon une des revendications precedentes, caracterise en ce qu'il comporte au moins un dispositif de dissipation (40) en contact thermique intime avec ladite plaque de conduction (20). 4) Assemblage selon la revendication 3, caracterise en ce que ledit ou chaque dispositif de dissipation (40) est fixe sur la plaque du circuit imprime (10). ) Assemblage selon la revendication 4, caracterise en ce que la surface de la base audit dispositif de dissipation (40) est superieure a la surface de l'ouverture (13) dans laquelle ladite plaque de conduction (20) est montee de maniere a ce qu'il puisse couvrir ladite plaque de conduction (20) et repose sur ladite plaque a circuit imprime (10). 6) Assemblage selon une des revendications precedentes, caracterise en ce que ladite plaque de conduction (20) comporte une zone (22) qui recouvre partiellement ou totalement sa surface et qui est constituee d'une couche isolante (220) et d'une couche conductrice (221), ladite zone (22) pouvant accueillir des composants de surface (60, 62), ladite couche conductrice (221) etant gravee de maniere a assurer differentes liaisons electriques entre composants, liaisons isolees electriquement de la plaque de conduction (20). 7) Composant de support et connexion de composants electriques ou electroniques de puissance du type constitue d'une plaque de conduction (20) prevue pour etre montee dans une ouverture (13) que comporte une plaque de circuit imprime (10) et pour supporter au moins un composant electrique ou electronique de poissance (30) directement monte en contact thermique intime sur ladite plaque de conduction [ (20), caracterise en ce que ladite plaque de conduction (20) est constituee d'une base de conduction (21) thermiquement conductrice comportant une zone (22) qui recouvre partiellement sa surface et qui est constituee d'une couche isolante (220) et d'une couche conductrice (221), ladite zone (22) pouvant accueillir des composants de surface (60, 62), ladite couche conductrice (221) etant constituee dans un materiau electriquement conducteur qui peut etre gravee de maniere a assurer differentes liaisons electriques entre composants, liaisons isolees electriquement de la plaque de conduction (20). 8) Procede d'assemblage d'au moins un composant electrique ou electronique de puissance sur une plaque de circuit imprime (10), caracterise en ce qu'il comporte les etapes suivantes: - a) mise en place du ou des composants electriques ou electroniques (30, 60, 61, 62) directement et en contact intime sur une plaque de conduction (20) thermiquement conductrice, - b) mise en place de ltensemble ainsi constitue dans l'ouverture (13) que comporte ladite plaque a circuit imprime (10), - c) soudage des pastes du ou des composants electriques ou electroniques (30, , 61, 62) sur le circuit imprime de ladite plaque a circuit imprime (10). 9) Procede d'assemblage selon la revendication 8, caracterise en ce qu'entre l'etape a) et l'etape b), ledit ou lesdits composants electriques ou electroniques (30, 60, 61, 62) vent fixes au moyen d'une pate a braser, et en ce qu'apres l'etape b), ['ensemble est passe au four de maniere que ladite pate a braser, en chauffant, soude definitivement ledit ou lesdits composants electriques ou electroniques sur la plaque de conduction (20). 10) Procede d'assemblage selon la revendication 8 ou 9, caracterise en ce qu'il comprend encore une etape de fixation d'un dispositif de dissipation (40) en contact intime avec la plaque de conduction (20). 11) Procede d'assemblage selon la revendication 10, caracterise en ce qu'il comprend encore une etape de fixation du dispositif de dissipation (40) sur la plaque a