Brevet FR2918535A1 — publié le 20090109

DESCRIPTION La présente invention concerne le domaine des équipements électroniques, en particulier les circuits de mesure traversés par un courant électrique, et a pour objet un circuit imprimé refroidi et un module électronique véhicule intégrant au moins un tel circuit. Dans de nombreuses applications, il est fait usage de résistance calibrée ou de référence pour mesurer l'intensité d'un courant alimentant notamment un actionneur électrique, en particulier un moteur. La différence de potentiel mesurée entre les bornes de ladite résistance fournissant une solution économique de mesure du courant. Cette solution est notamment mise en oeuvre lorsqu'il y a lieu de détecter, notamment pour des raisons de sécurité et/ou d'arrivée en butée, des pics de courant résultant d'une sollicitation anormale de l'actionneur. La tension mesurée aux bornes de cette résistance de référence est généralement convertie au signal de commande par un amplificateur à faible coût compensé en température. Une application pratique bien connue de ce principe réside dans les modules électroniques logés dans l'habitacle d'un véhicule et qui pilotent un certain nombre de fonctions sollicitées par le conducteur ou inhérentes au véhicule. Parmi les fonctions visées, on peut notamment citer les dispositifs de fermeture électriques à sécurité anti-pincement ou anticoincement, notamment les lève-vitres électriques, les portes coulissantes électriques et les protections solaires coulissantes des véhicules automobiles. Dans la présente, on désignera ces modules par "modules électroniques véhicule" (également connus sous la dénomination "body control modules" ou "unité calculateur habitacle"). Un problème majeur rencontré dans l'application de ce principe de mesure de l'intensité électrique réside dans l'élévation de température de la résistance par effet Joule durant le fonctionnement, cette élévation de température entraînant une modification de la résistivité et donc à une mesure erronée de l'intensité qui traverse la résistance. Cette résistivité est également susceptible de modification en fonction des variations de température ambiante. -2- En outre, la résistance de référence doit être apte à supporter un courant de court-circuit relativement important sans dommage et sans risque d'inflammation. Ces différentes contraintes ont jusqu'à présent poussé les fabricants à mettre en oeuvre des solutions onéreuses, notamment sous la forme de résistances de détection de puissance en alliage spécial. La présente invention a pour but, en particulier dans le cadre des applications évoquées ci-dessus, de fournir une solution répondant aux contraintes indiquées et plus économique. A cet effet, elle a pour objet un circuit imprimé, en particulier destiné à être intégré dans un module électronique véhicule, comportant sur une face au moins une portion de piste ou de bande en un matériau électriquement conducteur, formant par exemple une résistance calibrée ou de référence, ladite portion subissant une élévation de température en fonctionnement et étant associée à au moins un moyen d'évacuation de la chaleur faisant partie dudit circuit imprimé, circuit caractérisé en ce que les moyens d'évacuation consistent en des moyens de refroidissement sous la forme d'ailettes ou de lamelles s'étendant latéralement depuis ladite ou chaque portion de bande ou de piste et formées dans ledit matériau conducteur, notamment métallique. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : la figure 1 est une représentation de principe d'un circuit imprimé selon un premier mode de réalisation de l'invention ; les figures 2A et 2B sont des représentations en élévation d'une réalisation pratique d'un circuit imprimé en accord avec une variante du mode de réalisation de la figure 1 (figure 2A vue de la face arrière ou de soudage / figure 2B vue de la face apparente ou d'implantation des composants) ; la figure 3 est une vue en élévation d'un circuit imprimé selon un second mode de réalisation de l'invention ; la figure 4 est une vue en élévation d'une variante de réalisation 35 du circuit imprimé représenté sur la figure 2 ; -3- la figure 5 est une représentation schématique en élévation d'une variante de réalisation pratique du circuit imprimé représenté schématiquement sur la figure 1, et, la figure 6 est une représentation schématique en élévation d'une variante de réalisation du circuit imprimé représenté sur la figure 3. Les figures 1 à 6 illustrent, sous forme de représentations de principe ou de représentations pratiques, un circuit imprimé 1, en particulier destiné à être intégré dans un module électronique véhicule, comportant sur une face 2 au moins une portion de piste ou de bande 3 en un matériau électriquement conducteur (cuivre, aluminium, métal noble, alliage ou autres), formant par exemple une résistance calibrée ou de référence, ladite portion 3 subissant notamment une élévation de température en fonctionnement et étant associée à au moins un moyen 4 d'évacuation de la chaleur faisant également partie dudit circuit imprimé 1. Conformément à l'invention, les moyens d'évacuation 4 consistent en des moyens de refroidissement sous la forme d'ailettes ou de lamelles s'étendant latéralement depuis ladite ou chaque portion de bande ou de piste 3 et formées dans ledit matériau conducteur, notamment métallique. Ces lamelles 4 réalisent une dissipation de l'énergie thermique produite par l'effet Joule lors du passage du courant dans la portion 3 correspondante et permettent par conséquent de maintenir la température de ladite portion 3 ou pour le moins de réduire son élévation, ce en fonction de l'intensité du courant et de la durée de fonctionnement. Sur la figure 1 sont représentées, d'une part, de manière schématique, le courant I circulant dans la portion 3 en forme de U et, d'autre part, le flux thermique provenant de ladite portion 3 et dissipé au niveau des ailettes 4 (flèches repérées par FT). De manière préférée, les lamelles 4 sont réalisées d'un seul tenant avec ladite portion de bande ou de piste 3, sous forme de prolongement latéraux saillants de cette dernière, et sont situées sur la même face 2 que cette portion 3, correspondant éventuellement à la face d'implantation de composants additionnels portés par la carte 1' dudit circuit imprimé 1. Ainsi, les ailettes 4 pourront être réalisées dans le même matériau et simultanément avec la portion 3 à laquelle elles sont reliées, le transfert thermique de cette portion vers ces ailettes étant en outre optimisé. -4- Comme le montrent les figures 1 à 6, les lamelles 4 sont avantageusement arrangées de manière sensiblement parallèle entre elles et sont disposées de manière espacée le long de ladite portion de bande ou de piste 3, d'un côte uniquement ou des deux côtés de cette dernière. Ces lamelles 4 peuvent présenter une structure rectiligne ou non, et des longueurs identiques ou non, en fonction de différents paramètres, tels que par exemple les caractéristiques et performances du refroidissement recherché, la place disponible au niveau de la carte 1', la minimisation du matériau conducteur, ou analogues. En accord avec un premier mode de réalisation de l'invention, ressortant des figures 3 et 6, la portion de piste ou de bande 3 présente une structure sensiblement rectiligne, les lamelles 4 s'étendant de part et d'autre de ladite portion 3 avec une disposition alternée (figure 3) ou en vis-à-vis (figure 6). En accord avec un second mode de réalisation de l'invention, ressortant des figures 1, 2B, 4 et 5, la portion de piste ou de bande 3 présente un tracé incurvé, notamment sensiblement en U, les lamelles 4 s'étendant à partir des côtés des branches 5 dudit U dirigés vers l'extérieur. Une telle forme de portion 3 permet de minimiser l'encombrement du circuit imprimé 1, le repliement permettant de disposer une grande longueur de portion 3 tout en conservant une configuration ramassée et compacte. Compte tenu des multiples possibilités de configuration, de dimensionnement et de conditions d'utilisation de la portion de piste ou de bande conductrice 3, il y a bien entendu lieu, en vue d'optimiser le contrôle thermique de cette dernière, de déterminer pour chaque application une construction adaptée des moyens de refroidissement 4. Ainsi, il peut être avantageusement prévu que les lamelles 4 présentent des formes et des dimensions, notamment une surface et le cas échéant une épaisseur, déterminées en fonction de la quantité maximale de calories à dissiper et de l'encombrement disponible au niveau de la carte 1' dudit circuit 1. Des possibilités d'adaptation supplémentaires des performances des moyens de refroidissement de la portion 3 sont possibles, par exemple en prévoyant au moins certaines lamelles 4 présentent des largeurs et/ou des épaisseurs différentes le long de leur direction d'extension, en particulier -5- une largeur plus faible ou plus importante au niveau de leur extrémité 4' reliée à la portion de bande ou de piste 3. A titre d'indication des performances résultant des dispositions conformes à l'invention, il est à noter que l'inventeur a constaté une augmentation de la température réduite de 33 % dans le cas d'un courant continu de 10 ampères traversant la portion 3 de la figure 2B, par rapport à une portion 3 dépourvue des moyens 4 (piste en cuivre de 4 millimètres de largeur et de 35 micromètres d'épaisseur). En outre, la variation relative de la valeur de résistance a été inférieure à 3 % en alimentation continue 5 ampères pendant 10 secondes. Enfin, l'adjonction des moyens 4 n'a pas modifié sensiblement la valeur initiale de résistance (valeurs sensiblement identiques pour les portions 3 avec et sans ailettes 4). Le circuit imprimé 1 peut constituer un composant avec une unique portion de piste ou de bande 3. En variante, il peut comprendre au moins deux portions de piste ou de bande 3 pourvues d'ailettes de refroidissement 4, le cas échéant reliées entre elles et/ou à au moins un autre composant implanté sur la carte 1' portant lesdits circuits 3. Conformément à une application préférée de l'invention, la ou chacune des portions de bande ou de piste 3 constitue une résistance calibrée pour la détermination de l'intensité d'un courant traversant un actionneur électrique, notamment un moteur électrique, par mesure de la tension aux bornes de ladite portion 3. Comme cela ressort de la figure 2B notamment, les extrémités opposées (entrée et sortie) de chaque portion de bande ou de piste 3 formant résistance de mesure, sont munies de points ou de bornes de mesure de potentiel reliés aux entrées d'un amplificateur dont le signal de sortie pilote par exemple un circuit de commande d'un moteur électrique. En vue d'améliorer la dissipation thermique, le circuit imprimé 1 peut en outre, comme le montrent les figures 5 et 6, comporter des perforations traversantes métallisées 6 au niveau d'au moins une lamelle 4, préférentiellement au niveau de toutes les lamelles 4, ces perforations métallisées 6 constituant des ponts thermiques privilégiés vers l'autre face 2' du circuit imprimé 1, ou vers une autre couche de ce dernier (en cas de circuit imprimé 1 multicouche), et débouchant au niveau de moyens d'évacuation calorique complémentaires 7, le cas échéant sous forme de -6- lamelles métalliques additionnelles présentes sur ladite autre face 2' ou au niveau de ladite couche. Enfin, une amélioration supplémentaire du refroidissement peut être prévue selon l'invention, en prévoyant que le circuit imprimé 1 comporte des découpes traversantes en forme de fentes 8 s'étendant le long des bords longitudinaux d'au moins certaines des lamelles 4 qui forment les moyens de refroidissement reliés directement à la ou à chaque portion de bande ou de piste 3. Dans le cas d'une conformation en U du tracé de la portion 3, 10 une découpe additionnelle 9 peut être prévue entre les deux branches 5 (figure 5). Ces découpes 8, 9 autorisent le passage de l'air à travers le circuit imprimé 1 et favorisent par conséquent l'évacuation calorique par convexion et circulation de l'air ambiant. 15 La présente invention a également pour objet un module électronique véhicule, en particulier pour piloter au moins un moteur électrique, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un circuit imprimé 1 tel que décrit ci-dessus et représenté aux dessins annexés. Comme indiqué en introduction, un tel module ("body control 20 module") trouve notamment son application dans les systèmes électriques du type lève-vitres, portes coulissantes, volets coulissants ou systèmes analogues mettant en oeuvre un actionneur électrique, en particulier au niveau des véhicules automobiles. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de 25 réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS 1) Circuit imprimé, en particulier destiné à être intégré dans un module électronique véhicule, comportant sur une face au moins une portion de piste ou de bande en un matériau électriquement conducteur, formant par exemple une résistance calibrée ou de référence, ladite portion subissant une élévation de température en fonctionnement et étant associée à au moins un moyen d'évacuation de la chaleur faisant partie dudit circuit imprimé, circuit (1) caractérisé en ce que les moyens d'évacuation (4) consistent en des moyens de refroidissement sous la forme d'ailettes ou de lamelles s'étendant latéralement depuis ladite ou chaque portion de bande ou de piste (3) et formées dans ledit matériau conducteur, notamment métallique. 2) Circuit imprimé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lamelles (4) sont réalisées d'un seul tenant avec ladite portion de bande ou de piste (3), sous forme de prolongement latéraux saillants de cette dernière, et sont situées sur la même face (2) que cette portion (3), correspondant éventuellement à la face d'implantation de composants additionnels portés par la carte (1') dudit circuit imprimé (1). 3) Circuit imprimé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les lamelles (4) sont arrangées de manière sensiblement parallèle entre elles et sont disposées de manière espacée le long de ladite portion de bande ou de piste (3), d'un côte uniquement ou des deux côtés de cette dernière. 4) Circuit imprimé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la portion de piste ou de bande (3) présente une structure sensiblement rectiligne, les lamelles (4) s'étendant de part et d'autre de ladite portion (3) avec une disposition alternée ou en vis-à-vis. 5) Circuit imprimé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la portion de piste ou de bande (3) présente un tracé incurvé, notamment sensiblement en U, les lamelles (4) s'étendant à partir des côtés des branches (5) dudit U dirigés vers l'extérieur. 6) Circuit imprimé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les lamelles (4) présentent des formes et des dimensions, notamment une surface et le cas échéant une épaisseur,-8-déterminées en fonction de la quantité maximale de calories à dissiper et de l'encombrement disponible au niveau de la carte (1') dudit circuit (1). 7) Circuit imprimé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins certaines lamelles (4) présentent des largeurs et/ou des épaisseurs différentes le long de leur direction d'extension, en particulier une largeur plus faible ou plus importante au niveau de leur extrémité (4') reliée à la portion de bande ou de piste (3). 8) Circuit imprimé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux portions de piste ou de bande (3) pourvues d'ailettes de refroidissement (4), le cas échéant reliées entre elles et/ou à au moins un autre composant implanté sur la carte (1') portant lesdits circuits (3). 9) Circuit imprimé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la ou chacune des portions de bande ou de piste (3) constitue une résistance calibrée pour la détermination de l'intensité d'un courant traversant un actionneur électrique, notamment un moteur électrique, par mesure de la tension aux bornes de ladite portion (3). 10) Circuit imprimé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte des perforations traversantes métallisées (6) au niveau d'au moins une lamelle (4), préférentiellement au niveau de toutes les lamelles (4), ces perforations métallisées (6) constituant des ponts thermiques privilégiés vers l'autre face (2') du circuit imprimé (1), ou vers une autre couche de ce dernier, et débouchant au niveau de moyens d'évacuation calorique complémentaires (7), le cas échéant sous forme de lamelles métalliques additionnelles présentes sur ladite autre face (2') ou au niveau de ladite couche. 11) Circuit imprimé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte des découpes traversantes en forme de fentes (8) s'étendant le long des bords longitudinaux d'au moins certaines des lamelles (4) qui forment les moyens de refroidissement reliés directement à la ou à chaque portion de bande ou de piste (3). 12) Module électronique véhicule, en particulier pour piloter au moins un moteur électrique, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un circuit imprimé (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.