Brevet FR2871652A1 — publié le 20051216

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte au domaine du montage sur circuit imprimé de composants céramiques et elle concerne plus particulièrement une architecture de circuit imprimé assurant une protection contre les risques d'inflammation en cas de défaut ou de panne de ces composants céramiques. Art antérieur Les composants céramiques, par exemple des condensateurs, montés sur les circuits imprimés sont sujets à des défaillances liées à différentes origines, comme un délaminage, un choc thermique ou des contraintes mécaniques ou électriques, qui peuvent entraîner une rupture du composant céramique. Cette rupture est de nature à créer un courtcircuit de faible impédance qui en augmentant la température locale au niveau du composant peut créer une inflammation du circuit imprimé sur lequel il est monté et à l'extrême une destruction du produit dans lequel ce circuit et les différents autres composants qu'il supporte sont incorporés. Une solution classique à ce problème consiste à mettre en série avec le composant céramique une résistance permettant une limitation de la puissance totale produite. Toutefois, une telle solution est coûteuse du fait de la difficulté d'implémentation qu'elle implique comme du dimensionnement supplémentaire du circuit imprimé qu'elle nécessite. En outre, elle apporte une limitation importante en matière de compatibilité électromagnétique consécutive par exemple au filtrage haute fréquence. 2871652 2 Objet et définition de l'invention La présente invention a donc pour objet de pallier les inconvénients précités en proposant une architecture de circuit imprimé simple, c'est-à-dire sans implémentation complémentaire de composants et fiable évitant tout risque d'inflammation de ce circuit en cas de rupture des composants céramiques montés sur ce circuit. Ces buts sont atteints par une plaque de circuit imprimé comportant des composants électroniques et/ou passifs montés sur cette plaque, dont au moins un composant céramique comportant une première et une seconde broches externes reliées respectivement à des première et seconde plages d'accueil conductrices imprimées sur cette plaque, caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen pour créer une dissymétrie thermique entre lesdites deux plages d'accueil conductrices du composant céramique de façon à éviter tout risque d'inflammation de ladite plaque de circuit imprimé. Cette structure particulièrement simple en évitant le risque d'inflammation de la plaque de circuit imprimé interdit toute destruction du produit qui l'incorpore. Selon un mode de réalisation préférentiel, ledit moyen de création d'une dissymétrie thermique comporte une surface métallisée de grande dimension reliée par des ponts thermiques à une desdites plages d'accueil conductrices de façon à se conduire thermiquement comme un dissipateur d'énergie. Ladite surface métallisée de grande dimension est comprise entre 2 et 10 fois la surface de ladite broche externe du composant céramique. Selon un autre mode de réalisation, ledit moyen de création d'une dissymétrie thermique comporte une ouverture réalisée dans ladite plaque entre lesdits première et seconde plages d'accueil conductrices directement sous ledit composant céramique. De préférence, ladite 2871652 3 ouverture est constituée d'une fente dont la longueur est supérieure à celle desdites plages d'accueil conductrices. Selon encore un autre mode de réalisation, ledit moyen de création d'une dissymétrie thermique comporte immédiatement en aval de l'autre desdites plages d'accueil conductrices une piste conductrice ayant une zone de rétrécissement pour créer un effet fusible de nature à provoquer une coupure de cette piste conductrice en cas d'échauffement du composant céramique. Avantageusement, ladite piste conductrice rétrécie est reliée à un trou métallisé, la traversée de la plaque de circuit imprimé jouant alors un rôle supplémentaire de frein thermique en concentrant l'énergie sur cette piste conductrice rétrécie. Ladite piste conductrice rétrécie s'étend de préférence dans une direction opposée à ladite surface métallisée de grande dimension entourant l'une desdites plages d'accueil conductrices. Le composant céramique peut être un condensateur ou un composant constitué de matériaux diélectriques haute température, comme des composants à base de BaTiO3, TiO2 ou SrZrO3 non dopé. L'invention concerne également un procédé de protection d'une plaque de circuit imprimé contre la surchauffe de composants céramiques montés sur cette plaque et reliés par des moyens de fixation à des plages d'accueil conductrices imprimées sur cette plaque, caractérisé en ce que l'on crée une dissymétrie thermique entre lesdites deux plages d'accueil conductrices du composant céramique de façon à éviter tout risque d'inflammation de ladite plaque de circuit imprimé. Selon les modes de réalisation envisagés, ladite dissymétrie thermique est créée soit par une surface métallisée de grande dimension reliée par des ponts thermiques à une desdites plages d'accueil conductrices de façon à se conduire thermiquement comme un dissipateur d'énergie, soit par une piste conductrice ayant une zone de rétrécissement immédiatement en aval de l'autre desdites plages d'accueil conductrices, 2871652 4 soit par une ouverture disposée entre lesdits première et seconde plages d'accueil conductrices directement sous ledit composant céramique, ces modes de création pouvant se combiner entre eux. Brève description des dessins Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description suivante, faite à titre indicatif et non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels: - les figures 1 à 3 illustrent le montage d'un composant céramique sur un circuit imprimé selon différents modes de réalisation de l'invention, et - la figure 4 illustre le montage d'un composant céramique sur un circuit imprimé selon l'art antérieur. Description détaillée d'un mode de réalisation préférentiel La figure 4 illustre une architecture conventionnelle de circuit imprimé dit double face dans laquelle un composant céramique 10 est monté sur une face supérieure d'une plaque 12 de circuit isolant comportant des conducteurs ou pistes conductrices dont les plages d'accueil 14A et 14B avec lesquelles il est mis en contact électrique au travers de ces broches externes 10A et 10B. Ce contact électrique est assuré classiquement par des moyens de fixation à chaud, par exemple par brasure ou soudure. Dans l'exemple illustré qui ne saurait être limitatif, le composant céramique est par exemple un condensateur multicouches en boîtier CMS. En cas de défaillance, par exemple une surtension au niveau du composant céramique, la chaleur dégagée par cet élément va entraîner, si la température de dégradation de la plaque de circuit imprimé est dépassée pendant plus de quelques secondes, une carbonisation de cette plaque de circuit imprimé en dessous du composant céramique qui en 2871652 5 rendant cette partie conductrice (par création d'un nouveau chemin de passage pour le courant) va provoquer un court-circuit de ce composant à l'origine d'une inflammation du circuit imprimé (bien entendu sous réserve d'un minimum d'oxygène). Aussi, selon l'invention, et comme l'illustre le mode de réalisation préférentiel de la figure 1, il est proposé d'améliorer le drainage thermique sous le composant céramique en créant une dissymétrie thermique (de l'ordre de 200 C) entre les deux plages d'accueil conductrices du composant. Pour ce faire, une des plages d'accueil 14A, appelée zone froide, est reliée par des ponts thermiques 16 (avantageusement au nombre de quatre) à une surface métallisée de grande dimension 18 se conduisant thermiquement comme un dissipateur alors que l'autre plage d'accueil 14B, appelée zone chaude, est la plus réduite possible (typiquement de la dimension de la broche externe) afin de ne pas dissiper mais aussi de ne pas se comporter comme une antenne de rayonnement électromagnétique. Par surface de grande dimension, on entend une surface de 2 à 10 fois plus importante que celle de la broche externe du composant céramique reliée à cette zone chaude. La conduction thermique ainsi obtenue peut encore être améliorée en reliant la surface 18 à une surface semblable (non représentée) sur l'autre face de la plaque de circuit imprimé par l'intermédiaire de trous métallisés 20 reliant une face à l'autre. Dans le second mode de réalisation de l'invention de la figure 2, la plaque de circùit imprimé 12 est munie d'une ouverture 22 pratiquée entre les plages d'accueil conductrices 14A et 14B directement sous le composant céramique pour supprimer le chemin que pourrait prendre le courant en cas de carbonisation de la plaque de circuit imprimé. En effet, cette carbonisation dans une zone précise peut provoquer la mise en contact de pistes conductrices à des potentiels différents autour de cette zone et ainsi déclencher un court-circuit. Ainsi, on peut prévenir tout 2871652 6 court-circuit et interrompre le processus d'inflammation. Cette configuration qui agit directement sur les effets de la panne est en outre sans influence sur la compatibilité électromagnétique et particulièrement simple à réaliser. L'ouverture 22 peut prendre la forme de perforations (non représentées) ou mieux d'une fente dont la longueur est supérieure à celle des plages d'accueil et la largeur la plus grande possible compatible avec les conditions de fabrication de la plaque de circuit imprimé et la connaissance du phénomène de défaillance du composant céramique (lequel donne des informations sur les courants et les temps mis en oeuvre dans les périodes d'emballement). Un autre mode de réalisation de l'invention permettant également de créer une dissymétrie thermique entre les plages d'accueil conductrices du composant pour stopper le phénomène de propagation de la chaleur, avantageusement juste après son démarrage, est illustré en traits pointillés sur cette figure 2 et sur la figure 3. Il consiste à créer une zone de rétrécissement 24A, 24B dans la piste conductrice, au niveau de la zone chaude immédiatement en aval de la plage d'accueil du composant céramique, ayant un rôle fusible (en cas de sur-courant) ou d'interrupteur par rupture mécanique de la piste en cas d'augmentation rapide de la température. Le dimensionnement de cette piste rétrécie (avec Lf sa longueur et If sa largeur). peut être effectué comme suit en utilisant la formule simplifiée suivante pour le calcul de Ifmax, la longueur Lf étant choisie la plus grande possible pour favoriser les effets d'interrupteur en cas de surcourant (décollement de piste, étirement) mais inférieure à une valeur déterminée Lmax imposée par les contraintes de rayonnement électromagnétique: Ifmax=81.937[Ipm/(ef/25,4)0.6732xTf 4281 x0,0674]1,485 Avec Ipm le courant pic (en ampères) qui circule au minimum dans 30 le composant défaillant lors de l'avalanche, 2871652 7 Tf la température (en C) de fusion du cuivre recouvrant la plaque de circuit imprimé, Ef l'épaisseur (en micromètre) de la couche de cuivre fixée selon la technologie utilisée (soit 35, 70 ou 105 micromètres). Ainsi, par exemple, pour un courant de 10 A et ef de 105 micromètres, on obtient un Ifmax de 416 micromètres. Comme le montre plus particulièrement la figure 3, cet effet fusible peut être augmenté en reliant la piste conductrice rétrécie à un trou métallisé 26, la traversée de la plaque de circuit imprimé jouant alors un rôle supplémentaire de frein thermique de sorte à concentrer l'énergie sur ce petit bout de piste conductrice rétrécie 24B reliant ce trou à la plage d'accueil 14B du composant en zone chaude. De préférence, la partie fusible 24B est placée le plus loin de la surface métallisée de grande dimension 18 entourant la zone froide, c'est-à-dire qu'elle s'étend depuis la plage d'accueil 14B dans la direction opposée à cette zone froide. La présente invention est d'une mise en oeuvre particulièrement aisée et peu coûteuse puisque qu'elle n'affecte essentiellement que le dessin de la plaque de circuit imprimé. Elle permet d'obtenir une robustesse intrinsèque du fait qu'elle n'est pas liée à la probabilité de défaillance du composant. En outre, elle limite l'incident thermique localement autour du composant défaillant. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas au seul montage d'un condensateur céramique tel que décrit précédemment. En effet, on peut par analogie envisager de monter sur le circuit imprimé d'autres types de composants dont le corps est composé de matériaux diélectriques haute température, comme des composants à base de BaTiO3, TiO2 ou SrZrO3 non dopé. 8 REVENDICATIONS 1. Plaque de circuit imprimé comportant des composants électroniques et/ou passifs montés sur cette plaque (12), dont au moins un composant céramique (10) comportant une première et une seconde broches externes (10A, 10B) reliées respectivement à des première et seconde plages d'accueil conductrices (14A, 14B) imprimées sur cette plaque, caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen (18; 22; 24A, 24B) pour créer une dissymétrie thermique entre lesdites deux plages d'accueil conductrices du composant céramique de façon à éviter tout risque d'inflammation de ladite plaque de circuit imprimé. 2. Plaque de circuit imprimé selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit moyen de création d'une dissymétrie thermique comporte une surface métallisée de grande dimension (18) reliée par des ponts thermiques (16) à une desdites plages d'accueil conductrices (14A) de façon à se conduire thermiquement comme un dissipateur d'énergie. 3. Plaque de circuit imprimé selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite surface métallisée de grande dimension est comprise entre 2 à 10 fois la surface de ladite broche externe du composant céramique. 4. Plaque de circuit imprimé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que ledit moyen de création d'une dissymétrie thermique comporte une ouverture (22) réalisée dans ladite plaque entre lesdits première et seconde plages d'accueil conductrices directement sous ledit composant céramique. 5. Plaque de circuit imprimé selon la revendication 4, caractérisée en ce que ladite ouverture est constituée d'une fente dont la longueur est supérieure à celle desdites plages d'accueil conductrices. 6. Plaque de circuit imprimé selon l'une quelconque des 30 revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ledit moyen de création d'une 2871652 9 dissymétrie thermique comporte immédiatement en aval de l'autre desdites plages d'accueil conductrices (14B) une piste conductrice ayant une zone de rétrécissement (24A, 24B) pour créer un effet fusible de nature à provoquer une coupure de cette piste conductrice en cas d'échauffement du composant céramique. 7. Plaque de circuit imprimé selon la revendication 6, caractérisée en ce que ladite piste conductrice rétrécie (24B) est reliée à un trou métallisé (26), la traversée de la plaque de circuit imprimé jouant alors un rôle supplémentaire de frein thermique en concentrant l'énergie sur cette piste conductrice rétrécie. 8. Plaque de circuit imprimé selon la revendication 7, caractérisée en ce que ladite piste conductrice rétrécie (24B) s'étend dans une direction opposée à ladite surface métallisée de grande dimension (18) entourant l'une desdites plages d'accueil conductrices (14A). 9. Plaque de circuit imprimé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que ledit composant céramique est un condensateur. 10. Plaque de circuit imprimé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que ledit composant céramique est composé de matériaux diélectriques haute température, comme des composants à base de BaTiO3, TiO2 ou SrZrO3 non dopé. 11. Procédé de protection d'une plaque de circuit imprimé (12) contre la surchauffe de composants céramiques (10) montés sur cette plaque et reliés à des plages d'accueil conductrices (14A, 14B) imprimées sur cette plaque, caractérisé en ce qu'on crée une dissymétrie thermique entre lesdites deux plages d'accueil conductrices du composant céramique de façon à éviter tout risque d'inflammation de ladite plaque de circuit imprimé.