Brevet FR2917535A1 — publié le 20081219

B7985 - 06-T0-570 1 DISPOSITIF DE PROTECTION ÉLECTRIQUE D'UNE CHARGE Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif de protection électrique d'une charge, muni notamment d'une diode Zener. Exposé de l'art antérieur Compte tenu des variations possibles de tension et de courant d'une alimentation, il est fréquent de prévoir des dispositifs de protection en tension et en courant entre une alimentation et une charge, notamment lorsque celle-ci est constituée de circuits électroniques très sensibles notamment aux perturbations transitoires. Habituellement le dispositif de protection en tension comprend une diode Zener placée en parallèle sur les bornes d'entrée de la charge, de manière à écrêter les surtensions éventuelles et le dispositif de protection en courant comprend un fusible en série entre l'alimentation et la charge. Pour des alimentations basse tension, par exemple des circuits de charge de téléphone mobile, la diode Zener et le fusible sont couramment montés sur une plaquette de circuit imprimé (PCB). Et la diode Zener est souvent du type à montage en surface, c'est-à-dire qu'elle est constituée d'une puce de silicium portant sur une de ses faces deux plots de connexion B7985 - 06-T0-570 2 qui sont directement soudés à des plages métallisées du circuit imprimé. En pratique, on s'aperçoit que, dans de nombreux cas, en présence de fortes surtensions, la diode est détruite et la plaquette de circuit imprimé est brûlée au voisinage de la diode, ce qui la rend inutilisable. Pour réparer, il ne suffit alors pas de remplacer la diode mais il faut remplacer la plaquette de circuit imprimé et tous les composants qu'elle porte. De plus, l'utilisateur de l'appareil contenant ce dispositif de protection peut entendre un bruit de petite explosion et voir s'échapper de la fumée de son appareil. Ceci, bien que peu dangereux, est d'un effet psychologiquement déplorable, l'utilisateur hésitant ensuite à utiliser un appareil similaire et en particulier à le porter à son oreille s'il s'agit d'un téléphone portable. La présente invention vise à remédier à au moins certains de ces inconvénients. Résumé de l'invention Pour atteindre tout ou partie de ces objets ainsi que d'autres, il est prévu un dispositif de protection électrique d'une charge comportant une puce de diode Zener ainsi qu'un fusible, dans lequel le fusible est couplé thermiquement à la diode. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 25 le fusible est constitué d'une métallisation formée sur la puce semiconductrice de la diode. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la métallisation est en cuivre. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 30 la puce est montée par montage en surface sur une plaquette de circuit imprimé. Selon un mode de réalisation de la présente invention, il est prévu un téléphone portable dont les entrées de charge sont protégées par un dispositif de protection du type susmentionné. B7985 - 06-T0-570 3 Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 est une vue schématique d'un système de protection d'une charge ; et la figure 2 est une vue en coupe du dispositif de protection monté sur un circuit imprimé. Comme cela est habituel dans la représentation des composants électroniques, les divers éléments de la figure 2 ne sont pas tracés à l'échelle. Description détaillée La présente invention se base sur une analyse des 15 causes de défaillance des circuits antérieurs. Il s'avère que, par suite de surtensions trop fortes et/ou trop longues, la diode Zener d'un circuit de protection classique est détruite et se met rapidement non pas en circuit ouvert mais en court-circuit. Alors, la puce de silicium sur 20 laquelle se trouve la diode monte rapidement en température, jusqu'à des températures qui peuvent atteindre environ 900 C (le silicium devient rouge). Finalement, on constate que le circuit imprimé est brûlé et que l'ouverture du circuit résulte d'une déconnexion au niveau des soudures sur le circuit imprimé. 25 Différentes études ont montré que ces brûlures se produisent dès que la température au niveau du circuit imprimé atteint environ 400 C pendant plus de 10 secondes. Ces dégradations se produisent extrêmement rapidement, en dépit de la présence d'un fusible en série dans le circuit 30 d'alimentation, les fusibles standard ne réagissant pas assez rapidement. Sur la figure 1 est représentée une vue schématique d'un dispositif de protection en tension et en courant connecté entre une alimentation et une charge. L'alimentation 1 est 35 reliée par des conducteurs 2 et 3 à une charge 4. Un fusible 5 B7985 - 06-T0-570 4 (protection série) est en série entre l'alimentation 1 et la charge 4 sur le conducteur 2. En parallèle sur les conducteurs 2 et 3, une diode Zener 6 (protection parallèle) est connectée aux entrées de la charge 4. Le fusible 5 et la diode Zener 6 consti- tuent ensemble un dispositif de protection en tension et en courant 7. On propose ici d'assurer un couplage thermique fort entre le fusible 5 et la diode Zener 6 de façon que le fusible suive très rapidement les variations de température de la diode. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le fusible est constitué d'une piste métallique formée sur la puce de silicium 6 dans laquelle est formée la diode. En effet, on a montré qu'une piste métallique fond beaucoup plus vite pour un courant donné quand sa température augmente. Par exemple, des essais effectués par la demanderesse sur une piste de cuivre, d'une épaisseur de 35 }gym comportant une zone rétrécie d'une largeur de 135 }gym sur une longueur de 350 }gym parcourue par un courant de 20 A, ont montré que cette piste : -ne fondait pas à une température ambiante de - 40 C - fondait en 5 s à une température ambiante de 25 C - fondait en 1,5 s à une température ambiante de 180 C On conçoit donc qu'une piste convenablement dimension-née fondra extrêmement rapidement avant que sa température n'atteigne 400 C, température à laquelle une plaquette de PCB est susceptible de se détériorer. La figure 2 est une vue en coupe d'une puce 10 montée par montage en surface sur un circuit imprimé 11. La puce semiconductrice 10 dans laquelle est formée une diode Zener 13 porte une métallisation 12 constituant un fusible, sur sa face inférieure dans l'exemple illustré. La puce 10 est connectée par l'intermédiaire d'un plot 14 à une piste métallique 15 du circuit imprimé 11, et par un plot 16 à une piste métallique 17 du circuit imprimé 11. Le point de connexion de la piste 12 et de la diode Zener est connecté à une troisième piste non repré- sentée. Cette réalisation est susceptible de nombreuses variantes, B7985 -06-T0-570 la piste conductrice étant par exemple disposée au dessus de la zone active de la diode Zener avec interposition d'une mince couche isolante. En fonctionnement, si la diode Zener 13 claque sous 5 l'effet d'une surtension et se met en court-circuit, la température de la puce 10 augmente très rapidement. Le fusible qui est une métallisation 12 déposée sur le substrat est traversé par le même courant que la diode Zener en court-circuit et, du fait que sa température augmente rapidement au contact de la puce 10, fond rapidement. Des modes de réalisation particuliers de la présente invention ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, l'invention ne se limite pas à une diode Zener mais s'applique à tout disposi- tif similaire susceptible de se mettre en court-circuit et de provoquer de rapides augmentations de température. REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection électrique d'une charge comportant une puce de diode Zener (13) ainsi qu'un fusible, dans lequel le fusible est couplé thermiquement à la diode. 2. Dispositif de protection selon la revendication 1, dans lequel le fusible est constitué d'une métallisation (12) formée sur la puce semiconductrice de la diode. 3. Dispositif de protection selon la revendication 2, dans lequel la métallisation est en cuivre. 4. Dispositif de protection selon l'une quelconque des 10 revendications 1 à 3, dans lequel la puce est montée par montage en surface sur une plaquette de circuit imprimé. 5. Téléphone portable dont les entrées de charge sont protégées par un dispositif de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.