Brevet FR2899763A1 — publié le 20071012

-1- La présente invention concerne un support pour élément susceptible de dégager de la chaleur, notamment pour composant électronique de puissance, un module de puissance comprenant un tel support, et un ensemble comprenant le module de puissance et un organe électrique piloté par ce module. Elle s'applique plus particulièrement à un module de puissance formant dispositif de pilotage d'un organe électrique d'un véhicule automobile, tel que par exemple un alternateur, un moteur, etc. De façon classique, afin d'évacuer la chaleur dégagée par le composant électronique de puissance, le support du module de puissance est destiné à être rapporté sur une masse de dissipation de la chaleur. En général, la masse de dissipation de la chaleur est un radiateur, par exemple en aluminium ou en cuivre, de sorte que le support doit isoler électriquement la piste conductrice de la masse de dissipation de la chaleur, tout en assurant une conduction de la chaleur vers cette masse de dissipation. Ainsi, on a proposé dans l'état de la technique, un support pour élément susceptible de dégager de la chaleur, notamment pour composant électronique de puissance, destiné à être rapporté sur une masse de dissipation de la chaleur et étant du type comprenant une plaque d'isolation électrique et une plaque de conduction de la chaleur vers la masse de dissipation de la chaleur, jointive avec la plaque d'isolation électrique. Un tel support est décrit, par exemple, dans W0-A-2004/006423. Ainsi, ce document décrit un module de puissance comprenant un support portant un composant électronique de puissance. Plus précisément, la plaque de conduction de la chaleur est réalisée dans un matériau métallique thermo-conducteur et est destinée notamment à rigidifier le support. Le support est rapporté par vissage sur un radiateur de refroidissement classique formant la masse de dissipation. Ce document propose d'optimiser les surfaces de contact de la plaque métallique avec le radiateur, en bombant légèrement la face de la plaque métallique en contact avec le radiateur. Habituellement, la surface d'un radiateur est relativement plane et régulière de sorte que la face bombée se déforme et se plaque sur le radiateur lors du vissage du support sur le radiateur et en assurant un bon contact entre le radiateur et le support. Toutefois, on souhaite pouvoir rapporter le support sur une masse de dissipation de la chaleur comportant des irrégularités de surface, telles que des pics, des particules, des creux, etc, relativement marquées, ce qui incité à réaliser la plaque -2- métallique dans un matériau relativement ductile, tel que du cuivre, comme le suggère le document Or, en réalisant la plaque métallique dans un matériau ductile, les irrégularités de surface de la masse de dissipation risquent de percer la plaque de conduction et de 5 déchirer la plaque d'isolation électrique. Par conséquent, afin de protéger la plaque d'isolation électrique, il est nécessaire dans ce cas, de prévoir une plaque de conduction relativement épaisse, ceci ayant pour effet d'augmenter l'encombrement du support et donc du module de puissance. 10 L'invention a notamment pour but de proposer un support d'encombrement réduit, pouvant être rapporté sur une surface relativement irrégulière d'une masse de dissipation de la chaleur, tout en garantissant une relativement bonne isolation électrique du support et un relativement bon transfert de la chaleur par le support vers la masse de dissipation. 15 A cet effet, l'invention a pour objet un support portant au moins un élément susceptible de créer de la chaleur, un support du type précité, caractérisé en ce que la plaque de conduction de la chaleur comprend une couche de jonction avec la masse de dissipation de la chaleur dite couche inférieure et une couche de rigidification de la plaque de conduction de la chaleur dite couche intermédiaire, la couche intermédiaire étant 20 réalisée dans un matériau de dureté supérieure à celle de la couche inférieure. Ainsi, du fait que la plaque de conduction de la chaleur est réalisée avec au moins une couche intermédiaire relativement dure intercalée entre la plaque d'isolation et la masse de dissipation, la plaque d'isolation ne risque pas d'être déchirée par des irrégularités de surface de la masse de dissipation. 25 Par ailleurs, du fait que la couche inférieure est réalisée dans un matériau relativement ductile, les surfaces de contact de la plaque de conduction et de la masse de dissipation sont optimales. Les couches inférieure et intermédiaire peuvent être relativement peu épaisses. De ce fait, le support a un encombrement réduit. Un tel support permet de garantir une relativement bonne conduction de la 30 chaleur vers la masse de dissipation et une relativement bonne isolation électrique. Un support selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : la plaque de conduction de la chaleur comprend une couche de jonction avec la plaque d'isolation électrique, dite couche supérieure, cette couche 35 supérieure étant réalisée dans un matériau ayant des propriétés de dilatation thermique similaires à celui de la couche inférieure ; -3- la couche supérieure est réalisée dans un matériau identique à celui de la couche inférieure ; la couche supérieure a une épaisseur sensiblement identique à celle de la couche inférieure ; la couche inférieure comprend essentiellement du cuivre ; une masse formant joint destinée à être intercalée entre la couche inférieure et la masse de dissipation de la chaleur ; - la masse formant joint comprend un matériau choisi parmi un tissu de verre imprégné d'une résine époxy, une résine thermoplastique à changement de phase, une colle thermoconductrice comprenant des billes de verre et un ruban adhésif double face ; la plaque d'isolation électrique comprend un matériau choisi parmi un tissu de verre imprégné d'une résine époxy, une résine thermoplastique à changement de phase, une colle thermoconductrice comprenant des billes de verre et un ruban adhésif double face ; la couche intermédiaire comprend essentiellement du nickel. L'invention a encore pour objet un module de puissance du type comprenant une piste conductrice électriquement, sur laquelle est rapporté un composant électronique de puissance, portée par un support, caractérisé en ce que le support est selon l'invention, la piste conductrice étant en contact avec la plaque d'isolation. L'invention a encore pour objet un ensemble comprenant un organe électrique muni d'un corps et un module de puissance formant un dispositif électrique de pilotage de l'organe électrique, caractérisé en ce que le module est selon l'invention et le corps de l'organe électrique forme la masse de dissipation de la chaleur sur laquelle est rapporté le support. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins dans lesquels : la figure 1 est une vue en coupe d'un ensemble comprenant un organe électrique et un module de puissance pilotant cet organe selon l'invention ; la figure 2 est une vue en coupe du module de puissance de la figure 1 avant montage de ce module sur l'organe électrique. On a représenté sur la figure 1, un ensemble désigné par la référence générale 10. L'ensemble 10 comprend un organe électrique 12, notamment de véhicule 35 automobile, tel que par exemple, un alternateur, un moteur, etc. -4- L'organe électrique 12 est muni d'un corps 14. Dans l'exemple illustré, le corps 14 présente des irrégularités de surface sur une zone Z1, telles que, par exemple des pics 16, des creux 18 ou encore des particules 20 détachées du corps 14. L'ensemble 10 comprend encore un module de puissance 22. Plus particulièrement, le module de puissance 22 forme un dispositif de pilotage de l'organe électrique 12. Le module de puissance 22 comprend un composant électronique de puissance 24, de type pastille semi-conductrice. Le module de puissance 22 comprend encore une piste 26 électriquement conductrice sur laquelle est rapporté le composant 24. La piste conductrice 26 est réalisée dans un matériau métallique comprenant par exemple du cuivre et peut éventuellement comporter un revêtement (non représenté) métallique réalisé dans un matériau comprenant du nickel. Dans l'exemple décrit, le composant 24 est soudé sur la piste conductrice 26 avec apport de matière. A cet effet, on voit sur la figure 1 qu'une masse de brasure 28 est intercalée entre le composant 24 et la piste conductrice 26. La masse de brasure 28 peut éventuellement être formée par le revêtement de la piste conductrice 26. Dans l'exemple illustré sur la figure 1, on voit que la piste 26 est bordée par une partie en matériau synthétique PS. Cette partie en matériau synthétique PS forme une masse de cohésion de la piste 26 avec d'autres pistes électriquement conductrices (non représentées). Dans cet exemple, la partie en matériau synthétique PS est surmoulée sur la piste 26. Le module de puissance 10 comporte encore un support 30 portant la piste 26 et la partie en matériau synthétique PS. Dans l'exemple décrit, la piste électriquement conductrice 26 s'étend sur une première face F1 du support 30. Comme le composant de puissance 24 requiert, de façon connue en soi, une alimentation en courants forts, la piste 26 est parcourue par un courant d'intensité élevée et de ce fait, est susceptible de dégager de la chaleur notamment dans le support 30 mais également dans la partie en matériau synthétique PS. Par ailleurs, le composant 24 est également susceptible de dégager de la chaleur. Comme la masse de brasure 28 forme un joint électrique et thermique entre le composant 24 et la piste 26, la chaleur dégagée par le composant 24 est transmise essentiellement vers la piste 26. -5- Afin d'évacuer la chaleur dégagée par la piste 26 et le composant 24, le support 30 est rapporté sur le corps 14 de l'organe électrique 12, ce corps 14 formant alors une masse de dissipation de la chaleur. Ainsi, une zone Z2 d'une deuxième face F2 du support 30, opposée à la première face F1, est en contact avec la zone Z1 du corps 14 de l'organe électrique 12. Le support 30 du module 22 est, dans l'exemple illustré, assemblé sur le corps 14 au moyen de vis 32. A cet effet, des trous de vissage 34 ont été ménagés dans la partie en matériau synthétique PS et le support 30, ces trous de vissages 34 se prolongeant dans le corps 14 de l'organe électrique 12. Afin d'isoler électriquement la piste 26 et le composant 24, le support 30 comprend une plaque d'isolation électrique 36. De préférence, la plaque d'isolation électrique 36 comprend un matériau choisi parmi un tissu de verre imprégné d'une résine de verre époxy, une résine thermoplastique à changement de face, une colle thermoconductrice comprenant des billes de verre et un ruban adhésif double-face. Le support 30 comprend également une plaque 38 de conduction de la chaleur vers la masse de dissipation 14, jointive avec la plaque d'isolation électrique 36. Conformément à l'invention, la plaque de conduction de la chaleur 38 comprend une couche 40 de jonction avec le corps 14 de l'organe électrique 12, dite couche inférieure et une couche 42 de rigidification de la plaque de conduction 38, dite couche intermédiaire. Plus précisément, la couche intermédiaire 42 est réalisée dans un matériau ayant une dureté supérieure à celle du matériau de la couche inférieure 40. De préférence, la couche inférieure 40 comprend essentiellement du cuivre et la couche intermédiaire 42 comprend essentiellement du nickel. Par exemple, la couche inférieure 40 a une épaisseur comprise entre 0,5 mm et 1 mm. La couche intermédiaire 42 a une épaisseur comprise entre 0,25 mm et 0,5mm. De préférence, la plaque de conduction de la chaleur 38 comprend également une couche 44 de jonction avec la plaque d'isolation électrique 36, dite couche supérieure. Avantageusement, la couche supérieure 44 est réalisée dans un matériau ayant des propriétés de dilatation thermique similaires à celui de la couche inférieure 40. Les trois couches 40, 42, 44 sont assemblées entre elles, par exemple, par colaminage. Du fait que la couche intermédiaire 42 est intercalée entre deux couches 40, 44 réalisées dans des matériaux ayant des propriétés de dilation thermique similaires, les -6-déformations relatives des couches entre elles sous l'effet de variations thermiques sont limitées. De préférence, la couche supérieure 44 a une épaisseur sensiblement identique à celle de la couche inférieure 40. La plaque de conduction 38 a alors une épaisseur comprise entre 1,25 mm et 2,5mm. Dans l'exemple décrit, la couche supérieure 44 est réalisée dans un matériau identique à celui de la couche inférieure 40. De façon optionnelle, afin d'optimiser la surface des zones en contact Z1 du corps 14 et Z2 du support 30, le support 30 comprend encore une masse 46 formant joint destinée à être intercalée entre la couche inférieure 40 et la masse de dissipation de la chaleur 14. La masse formant joint 46 comprend un matériau choisi, par exemple, parmi un tissu de verre imprégné d'une résine de verre époxy, une résine thermoplastique à changement de face, une colle thermoconductrice comprenant des billes de verre et un ruban adhésif double-face. Eventuellement, la masse formant joint 46 a, avant montage du module 22 sur le corps 14 de l'organe électrique 12, comme illustré sur la figure 2, une forme générale de plaque. La plaque d'isolation électrique 36 est délimitée d'une part par la première face F1 du support 30 en contact avec la piste conductrice 26 et d'autre part par une face F1' interne en contact avec la plaque de conduction de la chaleur 38. Par ailleurs, on voit sur la figure 2 que la masse formant joint 46 est délimitée d'une part par la deuxième face F2 du support 30 destinée à être en contact avec le corps 14 de l'organe électrique 12 et une face F2' interne en contact avec la plaque de conduction de la chaleur 38. La plaque de conduction de la chaleur 38, étant intercalée entre la plaque d'isolation électrique 36 et la masse formant joint 46, est alors délimitée d'une part par la face interne F1' de la plaque d'isolation 36 et d'autre part par la face interne F2' de la masse formant joint 46. Parmi les avantages de l'invention on notera les suivants. Grâce à la couche intermédiaire 42 de la plaque de conduction 38, relativement dure, la plaque d'isolation électrique 36 est protégée des irrégularités de surface du corps 14 de l'organe électrique 12. Ainsi, le composant électronique de puissance 24 et la piste conductrice 26 sont efficacement isolés électriquement du corps 14 de l'organe électrique 12 par la -7- plaque d'isolation électrique 36 protégée de tout risque de perçage par la couche intermédiaire 42. Du fait que la couche inférieure 40, en contact avec le corps 14 de l'organe électrique 12, est relativement ductile, la plaque de conduction 24 peut se déformer et s'adapter aux irrégularités de surface du corps 26 de l'organe, comme cela ressort des figures. Avant montage du module 22 sur le corps 14, la deuxième face F2 du support 30 est relativement lisse (voir figure 2), alors que, après montage du module 22 sur le corps 14, la deuxième face F2 est déformée par les irrégularités de surface du corps 14 (voir figure 1). La surface des zones Z1 et Z2 en contact du support 30 et du corps 14 de l'organe électrique 12 est alors optimale. De ce fait, la plaque de conduction de la chaleur 38 permet un transfert efficace de la chaleur de la piste électriquement conductrice 26 vers le corps 14 de l'organe électrique 12.15 REVENDICATIONS 1. Support (30) pour élément susceptible de dégager de la chaleur, notamment pour composant électronique de puissance (24), le support (30) étant destiné à être rapporté sur une masse (14) de dissipation de la chaleur et étant du type comprenant une plaque (36) d'isolation électrique et une plaque (38) de conduction de la chaleur vers la masse de dissipation de la chaleur (14), jointive avec la plaque d'isolation électrique (36), caractérisé en ce que la plaque de conduction de la chaleur (38) comprend une couche (40) de jonction avec la masse de dissipation de la chaleur (14), dite couche inférieure, et une couche (42) de rigidification de la plaque de conduction de la chaleur (38), dite couche intermédiaire, cette couche intermédiaire (42) étant réalisée dans un matériau ayant une dureté supérieure à celle du matériau de la couche inférieure (40). 2. Support (30) selon la revendication 1, dans lequel la plaque de conduction de la chaleur (38) comprend une couche (44) de jonction avec la plaque d'isolation électrique (36), dite couche supérieure, cette couche supérieure (44) étant réalisée dans un matériau ayant des propriétés de dilatation thermique similaires à celui de la couche inférieure (40). 3. Support (30) selon la revendication 2, dans lequel la couche supérieure (44) a une épaisseur sensiblement identique à celle de la couche inférieure (40). 4. Support (30) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel la couche supérieure (44) est réalisée dans un matériau identique à celui de la couche inférieure (40). 5. Support (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la couche inférieure (40) comprend essentiellement du cuivre. 6. Support (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant une masse (46) formant joint destinée à être intercalée entre la couche inférieure (40) et la masse de dissipation de la chaleur (14). 7. Support (30) selon la revendication 6, dans lequel la masse (46) formant joint comprend un matériau choisi parmi un tissu de verre imprégné d'une résine époxy, une résine thermoplastique à changement de phase, une colle thermoconductrice comprenant des billes de verre et un ruban adhésif double face. 8. Support (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la plaque d'isolation électrique (36) comprend un matériau choisi parmi un tissu de verre imprégné d'une résine époxy, une résine thermoplastique à changement de phase, une colle thermoconductrice comprenant des billes de verre et un ruban adhésif double face.-9- 9. Support (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la couche intermédiaire (42) comprend essentiellement du nickel. 10. Module de puissance (22) du type comprenant une piste (26) conductrice électriquement, sur laquelle est rapporté un composant électronique de puissance (24), portée par un support (30), caractérisé en ce que le support est selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, la piste conductrice (26) étant en contact avec la plaque d'isolation (36). 11. Ensemble (10) comprenant un organe électrique (12) muni d'un corps (14) et un module de puissance (22) formant un dispositif électrique de pilotage de l'organe électrique (12), caractérisé en ce que le module (22) est selon la revendication 10 et le corps (14) de l'organe électrique (12) forme la masse de dissipation de la chaleur (14) sur laquelle est rapporté le support (30).