Brevet FR2913812A1 — publié le 20080919

FUSIBLE THERMIQUE POUR BOÎTIER ELECTRONIQUE, ET PROCEDE DE FABRICATION D'UN TEL FUSIBLE THERMIQUE. La présente invention concerne un fusible thermique pour boîtier électronique. Elle concerne également un procédé de fabrication d'un tel fusible thermique. L'invention trouve des applications dans de nombreux domaines techniques, en particulier dans le domaine des boîtiers électroniques des véhicules, notamment dans celui des boîtiers électroniques des véhicules automobiles. Un boîtier électronique est constitué d'une plaque de circuit imprimé (PCB) à pistes conductrices, sur lesquelles sont assemblés des composants électroniques ou électrotechniques, de façon à former un ensemble électronique fonctionnel. Le circuit imprimé équipé est ensuite enfermé dans un boîtier proprement dit, constitué de matériaux divers, qui protège les composants de l'environnement hostile (chocs, poussières, rayonnements), assure la jonction avec l'extérieur et assure la dissipation thermique. Le fusible est un organe qui sert à interrompre le courant électrique dans un circuit électrique en cas de surintensité. Le courant demandé par le circuit électrique traverse entièrement le fusible. Lorsque le courant dépasse une certaine valeur spécifique pendant un temps donné - le calibre -, la partie conductrice du fusible fond et ouvre le circuit. L'ouverture interrompt le courant, et protége ainsi le circuit contre les conséquences néfastes d'une surintensité. La forte augmentation du nombre d'équipements automobiles commandés par des boîtiers électroniques a entraîné une augmentation proportionnelle du nombre de boîtiers électroniques embarqués, et par là même, une augmentation de nombre de pannes et incidents dus aux boîtiers électroniques embarqués. L'un des incidents les plus graves est le court-circuit, c'est-à-dire la mise en connexion accidentelle d'au moins deux points du circuit électrique entre lesquels existe une différence de potentiel, par exemple entre les phases d'alimentation du boîtier électronique. Le court-circuit peut être dû à la dégradation d'un des composants électroniques constituant l'ensemble du boîtier, ou à la constitution d'un pont électrolytique entre au moins deux pistes conductrices du circuit imprimé. La constitution de ce pont électrolytique est généralement due à une perte d'étanchéité du boîtier électronique face à une exposition à un liquide électrolytique. Le court-circuit n'est pas, en général, détecté par les fusibles de protection centralisés, implantés conventionnellement dans le véhicule. Le court-circuit survenant de manière progressive, l'intensité de courant est inférieure à celle prévue par le calibrage du fusible centralisé. Toutefois, l'énergie au point de court- circuit est suffisante pour provoquer un incendie. On connaît déjà des fusibles thermiques utilisés pour des boîtiers électroniques, en particulier des boîtiers électroniques de téléphones, qui ont pour but de prévenir une panne due à un échauffement anormal. Ainsi, par exemple, le document US 2005/0001710 Al décrit un fusible qui comprend une paire de bornes conductrices placées sur un substrat, une couche intermédiaire pour soudage formée sur la surface d'au moins une des bornes conductrices, et un élément fusible. L'élément fusible est soudé à la paire de bornes à travers la couche intermédiaire de façon à enjamber ladite couche intermédiaire. La couche intermédiaire est aussi formée sur au moins une des bornes mais pas sur une des faces qui sont en regard l'une de l'autre. Cette configuration empêche, après que le fusible ait fondu, l'élément fusible fondu de se projeter à l'intérieur de l'espace entre les surfaces opposées des bornes, et par conséquent l'isolation entre lesdites bornes est mieux assurée. Le but de la présente invention est de fournir un nouveau fusible thermique pour boîtier électronique, dont la réalisation ne nécessite pas de pièces nouvelles mais utilise celles existantes dans le boîtier électronique. Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé de fabrication d'un tel fusible thermique, qui ne fasse pas appel à des opérations supplémentaires à celles de la fabrication du boîtier électronique, qui soit par conséquent un procédé de fabrication économique. C'est enfin un but de la présente invention de fournir une protection de boîtier électronique contre les courts-circuits qui soit de conception simple, de fabrication aisée, qui soit fiable et économique. Pour parvenir à ces buts, la présente invention conçoit un nouveau fusible thermique pour un boîtier électronique, ce dernier comportant, de manière conventionnelle, une plaque de circuit imprimé, des pistes conductrices gravées sur la plaque et des composants électroniques assemblés sur les pistes conductrices. Ce nouveau fusible est constitué par un pont de liaison reliant au moins deux parties de pistes conductrices et enjambant une ouverture traversant la plaque - ou brèche - formant coupure du contact électrique entre lesdites parties de pistes conductrices sur lesquelles le pont de liaison prend appui. Selon la présente invention, le pont de liaison est 30 un pont de brasure. De préférence, le pont de brasure est de largeur sensiblement égale à la largeur desdites parties de pistes conductrices sur lesquelles le pont de liaison prend appui. 35 La présente invention fournit également un nouveau procédé de fabrication d'un fusible thermique conforme à celui décrit ci-dessus dans ses grandes lignes. Ce nouveau procédé comporte les étapes suivantes : - une cale est insérée par le dessous de la plaque de circuit imprimé dans ladite brèche formant coupure du contact électrique entre lesdites parties de pistes conductrices, la surface supérieure de la cale venant affleurer au niveau des pistes conductrices, - un pont de liaison est réalisé qui relie les deux parties de pistes conductrices, lequel pont de liaison s'appuie également sur la surface supérieure de la cale, - l'ensemble est passé au four, et - la cale est ensuite enlevée, de manière à obtenir un pont de liaison qui enjambe la brèche entre les parties de pistes conductrices. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, la cale comprend une partie principale - ou corps de cale - et une partie en forme de flasque d'appui sur la surface inférieure de la plaque de circuit imprimé. De préférence, le corps de cale présente une section sensiblement oblongue, de dimensions légèrement inférieures à la section également oblongue de la brèche formant coupure du contact électrique entre lesdites parties de pistes conductrices. La direction longitudinale de ladite brèche est sensiblement orthogonale à la direction joignant lesdites parties de pistes conductrices reliées par le pont de liaison. La cale est en matière non métallique et à surface le moins adhésive possible. Selon un mode de réalisation en variante, la cale fait partie intégrante d'un châssis de montage de la plaque de circuit imprimé lors de son équipement. Enfin, la présente invention fournit un nouveau boîtier électronique, qui comprend une plaque de circuit imprimé, des pistes conductrices gravées sur ladite plaque et des composants électroniques assemblés sur les pistes conductrices, et au moins un fusible thermique obtenu selon le procédé décrit ci-dessus dans ses grandes lignes. D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'un mode de réalisation préféré, non limitatif de l'objet et de la portée de la présente demande de brevet, accompagnée de dessins dans lesquels : - la figure 1 représente, de manière schématique, l'implantation du fusible thermique selon la présente invention sur la plaque de circuit imprimé d'un boîtier électronique, les figures 2A à 2G sont des vues en coupe transversale, qui représentent, de manière schématique, les étapes du procédé de fabrication du fusible thermique selon la présente invention, - la figure 3 est une vue de dessus, schématique, du fusible thermique en cours de fabrication avec la cale insérée dans la brèche de rupture de contact, - la figure 4 est une vue en coupe transversale, 20 schématique, du fusible thermique de l'invention à l'état fondu, - la figure 5 représente, de manière schématique, un mode de réalisation de la présente invention à plusieurs fusibles thermiques, 25 -la figure 6 représente, de manière schématique, une variante du mode de réalisation de la figure 5. En référence au dessin de la figure 1, on a représenté, de manière schématique, un boîtier électronique, par exemple et de façon non limitative de 30 l'objet de l'invention, un boîtier électronique embarqué sur un véhicule automobile. Il comprend une plaque de circuit imprimé 1, sur laquelle sont gravées, de manière conventionnelle, des pistes conductrices 2. Des composants électroniques ou électrotechniques 3 sont 35 assemblés par brasure sur les pistes conductrices 2, c'est-à-dire assemblés à l'aide d'un métal d'apport ayant une température de fusion inférieure à celle des composants 3 et des pistes conductrices 2. Un connecteur 4 est prévu pour la liaison avec l'extérieur. Le circuit imprimé équipé est ensuite enfermé dans un boîtier proprement dit non représenté, qui assure la protection des composants électroniques et électrotechniques 3 aux différentes agressions de l'environnement, comme mentionné précédemment. La présente invention consiste à implanter, lors de la conception du circuit imprimé, un pont de liaison ou pont de brasure 5 entre deux parties de pistes conductrices d'alimentation. Lorsque la température dans le boîtier électronique atteint ou dépasse 183 C, c'est-à-dire la température de re-fusion de la brasure, la liaison entre les pistes conductrices 2 est interrompue. Il est ainsi mis fin à l'échauffement qui, sans cela, pourrait conduire jusqu'à l'inflammation d'un ou plusieurs composants électroniques ou électrotechniques 3. On va maintenant décrire le procédé de fabrication du pont de liaison 5. La figure 2A est une vue en coupe, schématique, d'une partie de plaque de circuit imprimé 1 avec deux pistes (ou deux parties de pistes) conductrices 10 et 11, entre lesquelles doit être implanté le pont de liaison selon la présente invention. A cette fin, il est prévu une brèche 12 dans toute l'épaisseur de la plaque 1 séparant les deux pistes conductrices 10 et 11 et formant rupture de contact électrique entre ces dernières. La forme de cette ouverture ou brèche 12, qui traverse l'épaisseur de la plaque 1, est mieux représentée sur le dessin de la figure 3. Il s'agit d'une forme sensiblement oblongue d'axe longitudinal XX', sensiblement orthogonal à l'axe YY' selon lequel sont dirigées les pistes conductrices en regard 10 et 11. Comme représenté sur le dessin de la figure 2B, selon une première étape du procédé, il est inséré par dessous la plaque du circuit imprimé 1 une cale de brasure, référencée 13, dans la brèche 12. La cale 13 présente une partie principale - ou corps de cale - 13a et une partie en forme de flasque 13b d'appui sur la plaque 1. Le corps 13a présente une section sensiblement oblongue aux dimensions légèrement inférieures à la section oblongue de la brèche 12, de façon à permettre l'insertion par-dessous le circuit imprimé de la cale 13 dans la brèche 12. La hauteur h de la partie 13a est sensiblement celle de la plaque 1, de manière à ce que la surface supérieure 13c de la cale 13 vienne se placer sensiblement dans le même plan en continuité avec les pistes conductrices 10 et 11. Une seconde étape du procédé, représentée schématiquement sur le dessin de la figure 2C, consiste à réaliser un pont de liaison 14 entre les deux pistes conductrices 10 et 11, qui est un pont de brasure qui s'étale sur les parties d'extrémité en regard des pistes conductrices 10 et 11 et sur la surface supérieure 13c de la cale 13 formant sensiblement une surface en continuité des pistes conductrices 10 et 11. Le pont de brasure 14 est formé d'un métal d'apport ayant une température de fusion inférieure à celle des composants 3 et des pistes conductrices 10 et 11. Le métal d'apport de la brasure 14 peut être un alliage d'étain, de cuivre, d'argent, d'aluminium, de nickel et autres alliages de métaux précieux. Très fréquemment sont utilisés des flux de brasage afin de permettre le mouillage du métal d'apport par destruction de la couche d'oxyde à la surface des métaux à assembler. La cale 13 est en matière non métallique, et le moins possible adhésive, de façon à permettre aisément son retrait dans la suite du procédé. Le pont de liaison 14 ainsi obtenu est représenté 35 schématiquement sur le dessin de la figure 2D. Selon une troisième étape du procédé, l'ensemble est passé au four. La montée en température provoque un épaississement de la brasure 14 et une contraction selon sa direction longitudinale. Les figures 2E et 2F représentent schématiquement l'ensemble ainsi obtenu selon les coupes II E et II F de la figure 3, respectivement. Ensuite, selon une dernière étape du procédé, représentée sur le dessin de la figure 2G, la cale 13 est enlevée. L'enlèvement est facilité par le caractère peu adhésif de la surface supérieure 13c de la cale 13. On a représenté, sur le dessin de la figure 4, le fusible thermique de l'invention à l'état fondu après une surintensité électrique. Le pont de brasure 14 est fondu, la liaison électrique entre les pistes 10 et 11 est alors rompue, la rupture étant facilitée par l'existence de la brèche 12 qui permet l'écoulement sans contact des parties de la brasure 14. Le fusible thermique a permis d'éviter un échauffement prolongé qui aurait pu détruire des éléments électroniques du boîtier. En référence au dessin de la figure 5, on a représenté, de manière schématique, un mode de réalisation de la présente invention à plusieurs fusibles thermiques sur le boîtier électronique. Les parties et éléments des figures 5 et 6 identiques ou similaires aux parties et éléments des figures précédentes sont désignés par des références numériques identiques. Trois ponts de brasure 14 relient la partie de piste conductrice 20 aux trois parties de pistes conductrices 21, 22 et 23, respectivement. Chaque pont de brasure 14 est représenté avec une brèche traversante de section oblongue 12, et une cale oblongue 13 insérée dans la brèche 12. La courbe fermée en traits interrompus courts Cl représente schématiquement le contour d'un châssis de montage de la carte de circuit imprimé lors de son équipement. La figure 6 représente, de manière schématique, une variante du mode de réalisation de la figure 5. Trois ponts de brasure 14 relient deux à deux les parties de pistes conductrices 30, 31, 32 et 33. Chaque pont de brasure 14 est représenté avec une brèche traversante de section oblongue 12, et une cale oblongue 13 insérée dans la brèche 12. La courbe fermée en traits interrompus courts C2 représente schématiquement le contour d'un châssis de montage de la carte de circuit imprimé lors de son équipement. La présente invention présente un avantage économique important par rapport aux solutions techniques de l'art antérieur, parce qu'elle ne demande pas de pièces supplémentaires, ni d'opérations supplémentaires après brasure, comme par exemple une mise sous contrainte d'une partie élastique. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés ci-dessus à titre d'exemples ; d'autres modes de réalisation peuvent être conçus par l'homme de métier sans sortir du cadre et de la portée de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Fusible thermique pour un boîtier électronique comportant une plaque de circuit imprimé (1), des pistes conductrices (2) gravées sur ladite plaque (1) et des composants électroniques (3) assemblés sur les pistes conductrices, caractérisé en ce qu'il est constitué par un pont de liaison (14) reliant au moins deux parties (10, 11) de pistes conductrices et enjambant une brèche (12) formant coupure du contact électrique entre lesdites parties (10, 11) de pistes conductrices sur lesquelles le pont de liaison (14) prend appui. 2. Fusible selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pont de liaison est un pont de brasure (14). 3. Fusible selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le pont de brasure (14) est de largeur sensiblement égale à la largeur desdites parties (10, 11) de pistes conductrices sur lesquelles le pont de brasure (14) prend appui. 4. Procédé de fabrication d'un fusible thermique conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par les étapes suivantes : - une cale (13) est insérée par le dessous de la plaque (1) de circuit imprimé dans ladite brèche (12) formant coupure du contact électrique entre lesdites parties (10, 11) de pistes conductrices, la surface supérieure (13c) de la cale (13) venant affleurer au niveau desdites parties (10, 11) de pistes conductrices, - un pont de liaison (14) est réalisé qui relie les deux parties (10, 11) de pistes conductrices, lequel pont de liaison (14) s'appuie également sur la surface supérieure (13c) de la cale (13), - l'ensemble est passé au four, et - la cale (13) est ensuite enlevée, de manière à 35 obtenir un pont de liaison (14) qui enjambe la brèche (12) entre les parties (10, 11) de pistes conductrices. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la cale (13) comprend une partie principale - ou corps de cale - (13a) et une partie en forme de flasque (13b) d'appui sur la surface inférieure de la plaque (1) de circuit imprimé. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendication 4 et 5, caractérisé en ce que le corps de cale (13a) présente une section sensiblement oblongue, de dimensions légèrement inférieures à la section également oblongue de la brèche (12) formant coupure du contact électrique entre lesdites parties (10, 11) de pistes conductrices. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la direction longitudinale de ladite brèche (12) est sensiblement orthogonale à la direction joignant lesdites parties (10, 11) de pistes conductrices reliées par le pont de liaison (14). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que la cale (13) est en matière non métallique et à surface le moins adhésive possible. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que la cale (13) fait partie intégrante d'un châssis de montage de la plaque (1) de circuit imprimé lors de son équipement. 10. Boîtier électronique comprenant une plaque (1) de circuit imprimé, des pistes conductrices (2) gravées sur ladite plaque (1) et des composants électroniques (3) assemblés sur les pistes conductrices, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un fusible thermique (5) obtenu selon l'une quelconque des revendications 4 à 9.