Brevet FR2865098A1 — publié le 20050715

UNITE DE COMMANDE ELECTRONIQUE ET PROCEDE POUR SA PRODUCTION La présente invention concerne une unité de commande électronique et un procédé pour sa production. Plus spécifiquement, l'invention concerne une unité de commande électronique, en particulier une unité pour ajuster la vitesse d'un ventilateur électrique, comprenant une pluralité de composants électriques/électroniques préalablement montés sur une carte de circuit imprimé, en particulier des composants de montage dit en surface ou de type SMD ainsi qu'au moins un ou plusieurs composants électroniques sous forme de rhéophores en fil comme, par exemple, des condensateurs. Un but de la présente invention est de proposer une unité de commande électronique de ce type, qui peut être faite d'une façon simple et économique, et qui a une haute fiabilité en utilisation. Ce but et d'autres sont atteints selon l'invention avec une unité de commande électronique qui comprend une carte de circuit imprimé sur laquelle est montée une pluralité de composants électriques et/ou électroniques tels que transistors MOSFET (Ml-M4) et/ou autres, en particulier des composants de type dit SMD; et un support de matière plastique comprenant un cadre qui a deux bords périphériques opposés à partir desquels s'étend au moins une formation intégrale externe sous la forme d'un élément connecteur électrique dans lequel sont proposées des bornes de connecteur électriquement conductrices qui ont des extrémités respectives qui s'étendent en partie dans le cadre dans une direction essentiellement orthogonale par rapport au plan général du cadre vers un premier bord périphérique de ce dernier, le cadre ayant en outre une structure de support qui s'étend dans le cadre entre les deux dits bords périphériques; de premières formations de retenue intégrales utilisable pour maintenir la carte de circuit imprimé au cadre sur une première face de ladite structure de support proche dudit premier bord périphérique du cadre, et de secondes formations de retenue intégrales qui s'étendent de ladite structure de support et sont tournées dans la direction opposée au dit premier bord périphérique, ou plutôt vers le deuxième bord périphérique du cadre et qui retiennent au moins un composant électronique indépendant muni de rhéophores en fil, comme un condensateur, sur l'autre face de la structure de support; les rhéophores dudit au moins un composant indépendant et lesdites extrémités desdites bornes de connexion électrique s'étendant vers, à travers et au-delà de ladite carte de circuit imprimé et étant soudées à celle-ci sur la face opposée à ladite structure de support. Comme indiqué ci-dessus, l'invention concerne en outre un procédé pour la fabrication d'une telle unité de commande électronique, dont les caractéristiques principales sont définies: procédé pour la fabrication d'une unité de commande électronique comprenant les opérations consistant à former ledit support par moulage par injection avec des bornes de connexion préformées incorporées dans celui-ci pendant le moulage, former la carte de circuit imprimé avec les composants électriques/électroniques associés, coupler ladite carte de circuit imprimé au support de telle manière que l'extrémité desdites bornes de connecteur s'étende à travers et au-delà de ladite carte de circuit imprimé, monter ledit au moins un composant indépendant équipé des rhéophores en fil dans le support, de telle manière que les extrémités de ses rhéophores s'étendent à travers et au-delà de ladite carte de circuit imprimé, et souder les extrémités desdites bornes et desdits rhéophores en fil en une seule opération à la carte de circuit imprimé, de préférence par brasage à la vague. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention deviendront évidents à partir de la description détaillée suivante donnée purement à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins joints, dans lesquels: la figure 1 est une vue en projection verticale d'une unité de commande électronique selon la présente 25 invention, représentée à l'état assemblé ; la figure 2 est une vue en coupe prise sur la ligne II- II de la figure 1; la figure 3 est une vue en perspective éclatée de l'unité de commande des figures précédentes; la figure 4 est une vue en projection verticale d'un support compris dans une unité selon les figures précédentes; la figure 5 est une vue de côté dans le sens de la flèche V de la figure 4 du cadre qui y est illustré ; la figure 6 est une vue en projection d'en dessous du cadre des figures 4 et 5, après couplage à celui-ci d'une carte de circuit imprimé ; la figure 7 est une vue à une échelle élargie, en coupe sur la ligne VII-VII de la figure 4; et la figure 8 est une vue en coupe qui montre, à une échelle élargie, un détail indiqué VIII sur la figure 2. Dans les dessins, et en particulier dans les figures 1 à 3, une unité de commande électronique, selon l'invention, est désignée par la référence générale 1. Dans le mode de réalisation illustré, l'unité de commande 1 est une unité de commande de vitesse pour un ventilateur électrique. L'invention n'est évidemment pas limitée à cette application. L'unité 1 comprend un boîtier indiqué généralement 2. Dans le mode de réalisation illustré, ce boîtier comprend essentiellement un couvercle supérieur 3 en matière plastique, par exemple en PBT (polybutylène téréphtalate), un support intermédiaire 4, de même en matière plastique, par exemple du PBT, et un élément dissipateur de chaleur 5 en métal, par exemple en aluminium ou ses alliages, servant en même temps de couvercle inférieur. Comme on peut le voir en particulier dans les figures 3 à 6, le support intermédiaire 4 comprend un cadre 6 de forme essentiellement rectangulaire à partir duquel s'étendent trois formations intégrales externes 7, 8 et 9 en forme d'éléments de connecteur électrique. Dans chacune de ces formations 7, 8 et 9, résident des bornes de connecteur électriquement conducteurs respectifs indiqués 10, 11 sur la figure 3 et 12 sur la figure 7. Le cadre 6 du support 4 a deux bords périphériques 13 et 14 opposés (figure 3), supérieur et inférieur respectivement, dans lesquels sont formés des creux ou rainures respectifs indiqués 15 et 16 sur la figure 8. Dans ces creux 15 et 16 sont commodément disposés des joints respectifs 17 et 18, formés par exemple d'une matière élastomère moulable comme celle connue sous le nom commercial "Santoprene", produit par Monsanto. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 8, le joint 17 associé au creux 15 du bord périphérique supérieur 13 a une section transversale essentiellement en forme de "t" avec un bras transversal intermédiaire 17a qui s'engage dans un creux correspondant 19a dans un bord saillant 19 qui se projette de la face inférieure du couvercle 3. De même, le joint 18 associé au creux 16 dans le bord périphérique inférieur 14 du cadre 6 a une section transversale essentiellement en forme de "C" avec un membre transversal inférieur 18a qui s'engage dans un creux correspondant formé dans la face intérieure d'une projection périphérique 20 qui se projette de la face supérieure de l'élément dissipateur de chaleur 5. Le couvercle 3 peut commodément être formé par moulage par injection. Le cadre intermédiaire 4, partiellement décrit ci- dessus, peut aussi être commodément formé par moulage par injection. Les joints associés 17 et 18 décrits ci- dessus avec référence particulière à la figure 8 peuvent commodément être surmodelés sur le cadre intermédiaire 4. En variante à cette disposition, dans les creux 15 et 16 des bords périphériques opposés 13 et 14 du cadre 6 du support intermédiaire peuvent être déposées des perles de résine liquide, par exemple en résine de silicone ou en résine époxy, dans lesquelles les bords en saillie 19 et 20 du couvercle 3 et du dissipateur de chaleur 5 sont respectivement immergés lors du montage de l'unité de commande. L'unité électronique 1 comprend une carte de circuit imprimé 21 (voir par exemple les figures 2, 3, 6 et 7) sur laquelle est montée une pluralité de composants électriques et-ou électroniques, en particulier du type dit SMD. Avec référence à la figure 3, dans le mode de réalisation illustré cité en exemple, la plaque 21 supporte en particulier quatre transistors M1-M4 de type MOSFET fixés le long de son côté 21a. Avec référence en particulier aux figures 3 et 5 à 7, la carte de circuit imprimé 21 est placée à ses coins contre des projections d'arrêt intérieures correspondantes 22 intégrales avec le cadre 6 du support intermédiaire 4. La carte de circuit imprimé 21 est fixée au support 4 près du bord périphérique inférieur 14 du cadre 6 par son insertion serrée entre des projections de reténue à ressort 23 (figures 5 et 6) capables de s'insérer dans deux côtés opposés indiqués 21b et 21c respectivement (figure 6). Les bornes de connecteur 10, 11 et 12 décrites précédemment ont des extrémités respectives 10a, 11a, 12a (figures 4, 6 et 7) qui s'étendent dans l'intérieur du cadre 6 du support intermédiaire dans une direction essentiellement orthogonale par rapport au plan général de ce cadre, vers le bord périphérique inférieur 14 de ce dernier. Ces extrémités des bornes de connecteur s'étendent à travers et au-delà d'ouvertures en forme de fentes correspondantes 24, 25 et 26 (figures 3, 6 et 7) disposées dans la carte de circuit imprimé 21 et soudées à cette plaque par exemple au moyen d'une soudure à la vague sur la face opposée du support intermédiaire 4. Par commodité, les extrémités 10a-12a des bornes de connecteur 10-12 qui passent à travers les ouvertures correspondantes 24-26 dans la carte de circuit imprimé 21 ont des parties respectives dites à moitié découpées ou enfoncées comme celle désignée 12b sur la figure 7, qui augmentent une dimension de sa coupe transversale dans la région insérée dans la fente correspondante 26 de la plaque 21. Cette disposition permet de réduire la résistance de contact dans la zone soudée, et permet une insertion plus facile de l'extrémité de la borne dans la fente associée de la carte 21 sans rendre nécessaire de surdimensionner cette fente dans le but de compenser les effets de rétrécissement différentiel da la matière plastique pendant ou après moulage, et les tolérances de construction inévitables. Dans le cadre 6, le support intermédiaire 4 a une structure de support 27 essentiellement de forme réticulaire entre les deux bords périphériques 13 et 14 dudit cadre (figures 2 à 4). Dans le mode de réalisation exemplaire illustré, l'unité de commande 1 comprend quatre composants électroniques indépendants équipés de rhéophores en fil dans des condensateurs particuliers. Sur la figure 3, un de ces condensateurs est désigné C1, tandis que sur la figure 4 ces composants sont désignés Cl-C4. La structure de support 27 dans le cadre 6 définit trois zones de logement parallèles adjacentes désignées 31, 32 et 33 sur les figures 2 et 3, dans lesquelles les composants Cl, C2 et C3 sont disposés, leurs axes étant essentiellement à l'horizontale. Dans le mode de réalisation illustré, le composant C4 est logé dans la niche 34 dépassant extérieurement d'un côté du cadre 6 (figures 2 à 4). Les composants Cl-C4 ont des rhéophores en fil inclinés vers le bas comme représentés pour les condensateurs C4 et Cl respectivement sur les figures 2 et 3. Comme on peut le voir sur les figures 3 et 4 et en particulier sur cette dernière, la structure de support 27 pour chacun des composants C1-C4 a une paire respective de formations d'oeil 41-44 dans lesquelles s'étendent les parties pliées des rhéophores des composants associés (voir aussi la figure 2). Ces rhéophores s'étendent à travers et au-delà des ouvertures correspondantes 51-54 (figure 3) dans la carte de circuit imprimé 21 et y sont soudés, par exemple par soudure à la vague, sur sa face opposée à la structure de support 27. Avec référence à la figure 4, la structure de support 27 comprend une pluralité de bandes parallèles 60-63 orthogonalement coupées par une autre pluralité de bandes 70-73 aussi parallèles les unes aux autres. Les bandes 71-73 ont des fentes ou des encoches alignées respectives 71a-73a de profil arqué pour recevoir les composants Cl-C3 avec couplage de forme. Le logement 31 pour le composant Cl est défini entre des bandes 60 et 61. Vers le haut de ces bandes s'étendent des paires respectives de projections élastiques en forme de lames ou langues de retenue 80 et 81 (figures 2-4), de préférence légèrement convergentes les unes vers les autres de sorte que le composant Cl puisse être inséré entre elles avec légère interférence puis maintenu entre elles de manière stable. Des paires semblables de projections de retenue 91 et 92 s'étendent des bandes 61 et 62 sur le côté de logement 32, pour retenir le composant C2. Les langues de retenue élastiques associées au logement 33 pour le composant C3 ont été indiquées 93 et 94 sur les figures 2 et 4, tandis que le composant C4 est associé à une seule paire de lames de retenue élastiques équilibrées désignées 95. Par commodité, comme vu sur la figure 2, de la face inférieure du couvercle 3 s'étend une pluralité de nervures parallèles 96 qui peuvent faire obstacle aux extrémités distales des lames de retenue 80-94 décrites plus haut afin de se bloquer sur les composants Cl-C3 qui sont respectivement associés à celles-ci, stabilisant la position de ces dernières. Cela est particulièrement pratique pour neutraliser l'effet de vibrations auxquelles l'unité de commande électronique 1 est soumise en utilisation. L'unité de commande électronique décrite ci-dessus peut être fabriquée très facilement. Le couvercle 3 et le support intermédiaire 4 sont commodément formés par moulage par injection. Les bornes 10-12 sont commodément intégrées dans le support intermédiaire 4 pendant l'opération de moulage. Si la disposition décrite précédemment dans laquelle les joints 17 et 18 (figure 8) sont modelés est adoptée, ils peuvent être formés directement par surmoulage sur le support 4, de préférence en une seule opération et dans un seul appareil de moulage. La carte de circuit imprimé 21 est commodément pré-assemblée avec les composants SMD associés. Le dissipateur de chaleur 20 est positionné par moulage ou autre technique connue en soi. Le montage de l'unité électronique se fait alors en appliquant et en fixant la carte de circuit imprimé 21 au support 4 par insertion serrée des projections élastiques 23 de ce dernier pour maintenir les bords 21b et 21c de ladite carte. Une fois que la carte 21 est couplée au support 4, les extrémités 10a-12a des bornes de connecteur 10-12 passent à travers et au-delà des fentes correspondantes 24-26 de la plaque 21. Alors le montage des composants C1-C4 a lieu, où leurs rhéophores sont introduits et guidés à travers les formations d'oeil 41-44 de la structure de support 27 dans le cadre 6 du support intermédiaire. Ces rhéophores s'étendent à travers et au-delà des ouvertures correspondantes 51-54 dans la carte de circuit imprimé 21. Avec une seule opération de soudure, généralement par soudure à la vague, les extrémités 10a-12a des bornes 10-12 et les rhéophores des composants C1-C4 sont soudés à la face inférieure de la carte de circuit imprimé 21. Le couvercle 3, qui est soudé au support intermédiaire 4 par ultrasons, et le dissipateur de chaleur 5, peuvent maintenant être couplés au couvercle 3. Une connexion stable de cet élément dissipateur de chaleur au support intermédiaire est réalisable par exemple au moyen de vis. Par commodité, au moins une partie de la face inférieure de la carte de circuit imprimé 21, en particulier celle correspondant aux transistors M1M4, est couplée en relation d'échange de chaleur avec une partie superficielle correspondante de l'élément dissipateur de chaleur 5 avec l'interposition d'un élément d'interface thermique de matière conductrice de chaleur comme celle désignée 100 sur les figures 3 et 5. Cet élément d'interface thermique est d'un type connu en soi, par exemple du type appelé "entretoise". Le transfert de chaleur des transistors M1-M4 à l'élément d'interface thermique 100 s'effectue commodément par des dites "voies" thermiques métallisées formées dans la carte de circuit imprimé 21 pendant la phase de croissance galvanique. Naturellement, le principe de l'invention restant le même, les modes de réalisation et les détails de construction peuvent être largement modifiés par rapport à ce qui a été décrit et illustré purement à titre d'exemple non limitatif, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Unité de commande électronique (1) en particulier une unité de commande de vitesse pour un ventilateur électrique, caractérisée en ce qu'elle comprend: une carte de circuit imprimé (21) sur laquelle est montée une pluralité de composants électriques et/ou électroniques tels que transistors MOSFET (M1-M4) et/ou autres, en particulier des composants de type dit SMD; et un support (4) de matière plastique comprenant un cadre (6) qui a deux bords périphériques opposés (13, 14) à partir desquels s'étend au moins une formation intégrale externe (7-9) sous la forme d'un élément connecteur électrique dans lequel sont prévues des bornes de connecteur électriquement conductrices (10-12) qui ont des extrémités respectives (10a-12a) qui s'étendent en partie dans le cadre (6) dans une direction essentiellement orthogonale par rapport au plan général du cadre (6) vers un premier bord périphérique (14) de ce dernier, le cadre (6) ayant en outre une structure de support (27) qui s'étend dans le cadre (6) entre les deux dits bords périphériques (13, 14) ; de premières formations de retenue intégrales (23) utilisable pour maintenir la carte de circuit imprimé (21) au cadre (6) sur une première face de ladite structure de support (27) proche dudit premier bord périphérique (14) du cadre (6), et de secondes formations de retenue intégrales {80-95) qui s'étendent de ladite structure de support (27) et sont tournées dans la direction opposée au dit premier bord périphérique (14), ou plutôt vers le deuxième bord périphérique (13) du cadre (6) et qui retiennent au moins un composant électronique indépendant (Cl-C4) muni de rhéophores en fil, comme un condensateur, sur l'autre face de la structure de support (27) ; les rhéophores dudit au moins un composant indépendant (Cl-C4) et lesdites extrémités (10a-12a) desdites bornes de connexion électrique (10- 12) s'étendant vers, à travers et au-delà de ladite carte de circuit imprimé (21) et étant soudées à celle-ci sur la face opposée à ladite structure de support (27). 2. Unité de commande selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit premier bord périphérique (14) du cadre (6) du support (4) est couplé d'une manière étanche aux liquides à un bord correspondant (20) d'un dissipateur de chaleur (5) de métal, une partie de surface duquel est couplée en relation d'échange de chaleur à une surface correspondante de ladite carte de circuit imprimé (21). 3. Unité de commande selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'entre lesdites parties de surface de l'élément dissipateur de chaleur (5) et la carte de circuit imprimé (21) est interposé au moins un élément d'interface thermique (10) en matière thermiquement conductrice. 4. Unité de commande selon l'une quelconque desdites revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit deuxième bord périphérique (13) du cadre (6) du support (4) est couplé d'une manière de scellement étanche aux liquides, de préférence au moyen d'une soudure ultrasonique, à un couvercle (3) de matière plastique. 5. Unité de commande selon la revendication 4, caractérisée en ce que le couvercle (3) sur la face orientée vers le support (4) a des formations levées (96) qui coopèrent avec lesdites deuxièmes formations de retenue (80-94) en les bloquant en engagement avec ledit au moins un composant avec rhéophores en fil (Cl-C3). 6. Unité de commande selon les revendications 2 et 4, caractérisée en ce que lesdits bords périphériques (13, 14) du cadre (6) du support (4) ont des creux ou rainures respectives (15, 16) dans lesquels sont disposés des moyens de scellement respectifs (17, 18) coopérant avec des formations de bord correspondantes (19, 20) dépassant du couvercle (3) et du dissipateur de chaleur (3) respectivement. 7. Unité de commande selon la revendication 6, caractérisée en ce que lesdits moyens de scellement comprennent un joint {17, 18) surmoulé sur le support (4). 8. Unité de commande selon la revendication 7, caractérisée en ce que chaque joint (17, 18) a une branche respective se projetant transversalement (17a, 18a) qui s'engage dans un creux (19a, 20a) de la formation de bord correspondante (19, 20) du couvercle (3) et du dissipateur de chaleur (5) respectivement. 9. Unité de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les parties d'extrémité (10a-12a) desdites bornes de connexion (10-12) qui passent à travers la carte de circuit imprimée (21) ont des parties respectives à moitié découpées ou enfoncées qui augmentent localement une dimension de la section transversale. 10. Procédé pour la fabrication d'une unité de commande électronique (1) selon l'une ou plus des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à : former ledit support (4) par moulage par injection avec des bornes de connexion préformées (10-12) incorporées dans celui-ci pendant le moulage; former la carte de circuit imprimé (21) avec les composants électriques/électroniques associés (M1M4) ; coupler ladite carte de circuit imprimé (21) au support (4) de telle manière que l'extrémité (10a-12a) desdites bornes de connecteur (10- 12) s'étende à travers et au-delà de ladite carte de circuit imprimé (21) ; monter ledit au moins un composant indépendant (C1-C4) équipé des rhéophores en fil dans le support (4), de telle manière que les extrémités de ses rhéophores s'étendent à travers et au-delà de ladite carte de circuit imprimé (21) ; et souder les extrémités (10a-12a) desdites bornes (10-12) et desdits rhéophores en fil en une seule opération à la carte de circuit imprimé (21), de préférence par brasage à la vague.