Brevet FR2931029A1 — publié le 20091113

La présente invention concerne un ensemble électronique comprenant une carte imprimée, et en particulier une structure de protection pour une carte imprimée sous boîtier. Un circuit électronique est souvent encapsulé dans un boîtier de protection et peut comprendre une unité de commande électronique destinée à commander des dispositifs d'entrée et de sortie pour des circuits électroniques utilisés dans des moteurs universels et dans des générateurs électriques. La figure 1 montre une unité de commande électronique sous boîtier classique typique. L'unité 10 comprend une carte imprimée 1, des composants électroniques 2 montés dans celle-ci, un boîtier 3 qui contient la carte imprimée 1, et une matière d'enrobage 6 qui est versée dans le boîtier 3 pour fixer la carte imprimée 1 dans celui-ci. On se référera par exemple à la demande de brevet japonaise (kokai) n°59-190086 (document de brevet 1). Les composants électroniques 2 comprennent des grands composants 2a tels que des transformateurs et des condensateurs, et des petits composants 2b tels que des composants montés en surface et des petits composants discrets. La figure 2 montre comment on peut fabriquer une unité sous boîtier 10. On commence par monter les composants électroniques 2 sur la carte 1 (ST21). On place ensuite la carte 1 dans le boîtier 3 et on la fixe provisoirement à des endroits prédéterminés (ST22). On peut faire cela par exemple en introduisant des bornes 5 qui partent de connecteurs 4 rapportés par moulage sur le boîtier 3, dans des trous correspondants 7 formés dans la carte imprimée pour le brasage (voir figure 1). Puis on verse une matière d'enrobage 6 dans le boîtier 3 de manière à couvrir entièrement les composants électroniques ainsi que la carte imprimée 1 (ST23), et on fait cuire ou durcir la matière d'enrobage 6 dans cette position (ST24). La matière d'enrobage 6 protège les composants électroniques 2 contre les vibrations et l'humidité. Si on n'utilise pas de matière d'enrobage, les vibrations extérieures font vibrer le grand composant 2a et la force d'inertie qui en résulte peut provoquer des contraintes mécaniques excessives sur les parties soudées entre le grand composant 2a et la carte imprimée 1. Quand on utilise une matière d'enrobage 6, cela immobilise la carte imprimée 1 et le grand composant 2a l'une par rapport à l'autre même en présence de vibrations extérieures, et cela minimalise les contraintes mécaniques dans les parties soudées qui relient le grand composant 2a à la carte 1. De plus, la matière d'enrobage 6 scelle la carte imprimée 1 et les composants électroniques 2 par rapport à la pénétration d'humidité, ce qui empêche toute fuite de courant électrique. Le document de brevet 1 propose de minimaliser les influences des vibrations extérieures sur les composants électroniques montés sur une carte imprimée dans un hors- bord, en orientant le plan principal de la carte imprimée qui porte les composants électroniques le long du sens du mouvement des vibrations. Dans l'intervalle, on souhaite minimaliser l'utilisation de matière d'enrobage à cause du coût de matière et du poids supplémentaire. La publication de brevet japonaise (kokai) n°200-271002 (document de brevet 2) propose d'utiliser deux cartes imprimées séparées, avec une première carte imprimée qui utilise une matière d'enrobage pour protéger les composants qu'elle porte, et une seconde carte imprimée qui n'utilise qu'un revêtement de protection apte à protéger les composants contre l'humidité. Selon l'art antérieur présenté dans le document de brevet 1, la position ou l'orientation de montage du boîtier de composants électroniques doivent être choisies correctement, et cela entraîne quelques restrictions pour la conception. Notamment dans les applications pour lesquelles l'espace de montage est limité, cette restriction est très désavantageuse. Selon l'art antérieur présenté dans le document de brevet 2, les composants montés sur la seconde carte imprimée ne sont pas protégés des vibrations extérieures. De plus, l'utilisation de deux cartes imprimées séparées entraîne une augmentation des coûts de matière et de fabrication et demande un espace de montage plus grand. Etant donné les problèmes de l'art antérieur, un premier but de la présente invention est de proposer une structure de protection pour une carte imprimée qui demande une quantité minimale de matière d'enrobage pour protéger ladite carte imprimée des vibrations extérieures et de la pénétration de l'humidité. Un second but de la présente invention est de proposer une structure de protection pour une carte imprimée qui permette un haut degré de liberté dans la conception tout en offrant un haut niveau de protection contre les vibrations extérieures et la pénétration de l'humidité. Selon la présente invention, ces buts peuvent être au moins partiellement atteints grâce à une structure de protection pour une carte imprimée, caractérisée en ce qu'elle comprend : une carte imprimée comportant au moins un grand composant qui est monté sur ladite carte et qui dépasse de celle-ci ; un boîtier qui reçoit la carte imprimée, le boîtier présentant au moins une cavité qui est conçue pour loger le grand composant ; et une matière d'enrobage qui est versée au moins en partie entre le grand composant et une paroi environnante de la cavité. Typiquement, la matière d'enrobage est versée dans un espace entre le grand composant et la paroi environnante de la cavité, sans déborder notablement de ladite cavité. Si le grand composant est porté uniquement par la carte imprimée par l'intermédiaire d'une soudure ou d'une liaison similaire, la partie de liaison est soumise à une contrainte importante quand le grand composant est exposé à des vibrations extérieures, en raison de la force d'inertie qui agit sur ledit composant. Mais selon la large conception de la présente invention, le grand composant est porté en supplément par le boîtier par l'intermédiaire de la matière d'enrobage durcie, la contrainte qui agit sur la partie de liaison est minimalisée et cela favorise l'intégrité mécanique de l'ensemble à carte imprimée. Etant donné que l'utilisation de la matière d'enrobage est limitée à la cavité, la quantité de matière d'enrobage nécessaire peut être minimalisée, avec la réduction de coût de matière et la réduction de poids que cela entraîne. La réduction de la quantité de matière d'enrobage se traduit par une durée de durcissement plus courte, ce qui augmente le rendement de production de l'ensemble à carte imprimée. Si la protection des composants contre la pénétration de l'humidité est souhaitable, un revêtement de protection peut être appliqué en supplément sur la carte imprimée. La cavité est formée typiquement dans une paroi inférieure du boîtier, mais elle peut aussi être prévue dans une paroi latérale ou dans n'importe quelle autre partie du boîtier, sans que l'on sorte de l'esprit de l'invention, tant que la cavité entoure au moins en partie le grand composant ou se trouve en face de celui-ci et définit un espace pour la matière d'enrobage. Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, la cavité est définie comme une partie profilée d'une paroi inférieure du boîtier qui dépasse d'une surface extérieure de ladite paroi inférieure. Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, la cavité est définie par une paroi verticale qui part d'une paroi du boîtier et qui entoure au moins en partie le grand composant. Dans les deux cas, la cavité n'a pas nécessairement de paroi qui entoure le grand composant, mais il peut être suffisant qu'il y ait n'importe quelle partie du boîtier ou du composant fixé solidement à celui-ci, qui ait une surface située en face de n'importe quelle partie du composant, pour que n'importe quelle partie dudit composant éloignée de la partie fixée à la carte imprimée puisse être fixée au boîtier directement ou indirectement, grâce à la matière d'enrobage. Une structure de protection de ce type pour une carte imprimée peut être fabriquée avec un procédé comprenant les étapes qui consistent : à préparer une carte imprimée comportant au moins un grand composant qui est monté sur ladite carte et qui dépasse de celle-ci ; à préparer un boîtier conçu pour recevoir la carte imprimée et pourvu d'une cavité qui reçoit au moins en partie le grand composant ; à placer la carte imprimée dans le boîtier et à faire ainsi en sorte que le grand composant soit logé dans la cavité ; à verser une matière d'enrobage au moins en partie fluide dans un espace défini entre le grand composant et une surface de paroi environnante de la cavité ; et à permettre à la matière d'enrobage de durcir. Si c'est souhaitable, la carte imprimée peut être fixée mécaniquement au boîtier par exemple à l'aide de boulons filetés, d'éléments de sertissage, par ajustage serré, par soudage, par brasage et/ou à l'aide d'agents adhésifs, entre autres possibilités, avant que la matière d'enrobage soit versée dans la cavité. La présente invention va maintenant être décrite, à titre d'exemple nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une coupe qui montre une unité de commande électronique sous boîtier classique ; la figure 2 est un organigramme qui montre le procédé pour fabriquer l'unité de commande électronique sous boîtier classique ; la figure 3 est une coupe qui montre une unité de commande électronique sous boîtier selon la présente invention ; la figure 4 est une vue similaire à la figure 3, qui montre un second mode de réalisation de la présente invention ; et la figure 5 est un organigramme qui montre le procédé de fabrication des unités de commande électroniques sous boîtier selon la présente invention qui sont représentés sur les figures 3 et 4. La figure 3 montre une unité de commande électronique sous boîtier selon la présente invention. Sur cette figure, les éléments correspondant à l'art antérieur représenté sur la figure 1 sont désignés par les mêmes numéros de référence, et ils ne seront pas décrits une nouvelle fois. Cette unité de commande électronique sous boîtier 10 comprend une carte imprimée 1 et plusieurs composants électroniques 2 montés sur celle-ci. Les composants électroniques 2 comprennent au moins un grand composant électronique 2a qui se compose dans ce cas d'un transformateur. Le grand composant électronique 2a tel qu'il est utilisé ici désigne tout composant présentant une masse relativement grande et dépassant nettement de la carte imprimée 1, et il peut être composé par n'importe quels autres grands composants tels que des condensateurs électrolytiques, des bobines d'arrêt et des résistances variables, ente autres possibilités. Les autres composants électroniques sont constitués par des petits composants électroniques 2b tels que des composants montés en surface (qui peuvent consister en résistances et en condensateurs) et des composants discrets. Le boîtier 3 définit une enveloppe extérieure de l'unité de commande électronique sous boîtier 10 et peut être en matière plastique (mais aussi en matière métallique). Il peut avoir une forme globalement rectangulaire et est pourvu d'une paroi inférieure 8 globalement plate et d'une paroi périphérique verticale. Le boîtier 3 est ouvert, en haut. Sa paroi inférieure 8 peut être pourvue de nervures et/ou de saillies qui dépassent de sa surface supérieure (comme on peut le voir sur la figure 3), dans des parties appropriées de celle-ci, ainsi que d'une cavité circulaire 11. La cavité 11 définit une saillie qui dépasse d'une surface inférieure du boîtier 3. Deux connecteurs 4, en matière plastique eux aussi, sont reliés d'une seule pièce au boîtier 3. Une borne 5 est rapportée par moulage dans chaque connecteur 4 et dans la partie attenante du boîtier 3 et présente une extrémité intérieure coudée dans un sens vertical. La carte imprimée 1 est logée dans le boîtier 3, sa surface portant les composants électroniques dirigés vers le bas ou vers la paroi inférieure 8 du boîtier 3, et le composant électronique 2a est logé dans la cavité 11. Dans le mode de réalisation représenté, l'extrémité inférieure du grand composant électronique 2a bute contre la surface inférieure de la cavité 11. Un petit espace peut aussi être défini entre l'extrémité inférieure du grand composant électronique 2a et la surface inférieure de la cavité 11, sans qu'on sorte de l'esprit de la présente invention. L'extrémité intérieure de chaque borne 5 est reliée physiquement et électriquement à une partie correspondante de la carte imprimée 1. En d'autres termes, chaque borne 5 a pour fonction supplémentaire de fixer la carte imprimée 1 dans le boîtier 3. La matière d'enrobage 6 est versée dans la cavité 11 et remplit au moins en partie l'espace entre le composant électronique 2a et la surface environnante de la cavité 11. De préférence, la matière d'enrobage 6 ne dépasse pas de l'intérieur de la cavité 11. S'il y a un espace entre le composant 2a et la surface inférieure de la cavité 11, la matière d'enrobage peut aussi remplir cet espace. La matière d'enrobage 6 peut se composer de matière isolante telle qu'une silicone qui durcit à température ambiante. La figure 4 montre un second mode de réalisation de la présente invention. Sur la figure 4, les éléments correspondant à ceux du premier mode de réalisation sont désignés par les mêmes numéros de référence et ne seront pas décrits une nouvelle fois. Dans ce mode de réalisation, une cavité 11 destinée à recevoir un grand composant électronique 2a est définie par une saillie tubulaire qui s'étend vers le haut à partir de la paroi inférieure 8, sur la figure 4, et la saillie tubulaire est conçue de manière à entourer étroitement le grand composant 2a et à définir un petit espace avec celui- ci. Toutefois, on peut aussi utiliser à la place de la saillie tubulaire une paroi verticale qui fait simplement face à une surface latérale du grand composant 2a. Là encore, l'extrémité inférieure du grand composant électronique 2a bute contre la surface inférieure de la cavité 11, dans le mode de réalisation représenté, mais elle peut aussi être légèrement espacée de ladite surface inférieure de la cavité 11. Dans ce mode de réalisation, contrairement au premier, la surface inférieure de la paroi 8 du boîtier 3 est globalement plane. Dans ce mode de réalisation, plusieurs boulons filetés 12 servent à fixer solidement la carte imprimée 1 dans le boîtier 3. Ces boulons filetés 12 sont toutefois facultatifs, et d'autres moyens de fixation peuvent aussi être utilisés. Il est également possible de supprimer ces boulons filetés ou d'autres moyens de fixation. La figure 5 est un organigramme qui montre un procédé pour fabriquer l'unité de commande électronique sous boîtier selon la présente invention. On monte tout d'abord des composants électroniques 2 sur la carte imprimée 1 (ST51). Puis on prépare un boîtier 3 pourvu, dans sa paroi inférieure 8, d'une cavité 11 (ST52). La taille et la position de la cavité 11 dépendent de la taille et de la position du grand composant électronique 2a. Il est également possible de prévoir deux cavités 11 ou plus pour loger un nombre correspondant de grands composants 2a. On verse la matière d'enrobage 6 dans la cavité (ST53) dans une quantité telle qu'elle se place au moins en partie entre le grand composant 2a et la surface de paroi environnante, sans déborder notablement de la cavité 11 quand le grand composant 2a sera enfin placé dans la cavité 11, comme on l'expliquera plus loin. Avant que la matière d'enrobage ne durcisse ou perde sa fluidité, on place la carte imprimée 1 dans le boîtier 3, de sorte que le grand composant électronique 2a est logé dans la cavité correspondante 11 (ST54). Si on le souhaite, la matière d'enrobage 6 peut avoir à ce stade une consistance telle que la carte imprimée 1 puisse être immobilisée dans sa position pendant la suite du traitement de l'ensemble (sans l'utilisation de moyens supplémentaires pour fixer la carte dans sa position). Les extrémités de base des bornes 5 sont soudées aux éléments correspondants (trous 7) de la carte imprimée 1 (ST55) et, quand cela est applicable, d'autres moyens de fixation tels que des boulons filetés sont installés. Quand le durcissement de la matière d'enrobage 6 est terminé, le processus de fabrication de l'unité de commande électronique sous boîtier 10 est terminé lui aussi (ST56). Plus la masse du grand composant électronique 2a est grande et plus celui-ci dépasse de la carte imprimée 1, plus l'influence des vibrations extérieures sur la partie qui relie ledit composant 2a augmente. Par conséquent en fixant solidement le grand composant électronique 2a au boîtier 3, on minimalise le déplacement entre ledit composant 2a et la carte imprimée 1, et cela minimalise les influences négatives des vibrations extérieures sur la partie qui relie le composant 2a à la carte imprimée 1. Par rapport à l'art antérieur représenté sur la figure 1, dans lequel la matière d'enrobage remplit une partie importante de l'espace à l'intérieur du boîtier 3, les modes de réalisation représentés demandent une quantité relativement faible de matière d'enrobage, car ladite matière d'enrobage ne doit remplir qu'un petit espace qui existe entre le grand composant électronique 2a et la surface environnante de la cavité 11. Cela minimalise par conséquent la quantité nécessaire de matière d'enrobage ainsi que le poids du boîtier et le coût de matière. L'utilisation d'une faible quantité de matière d'enrobage se traduit par ailleurs par une plus courte durée nécessaire au durcissement de ladite matière, et cela augmente le rendement lors de la fabrication de l'unité de commande électronique sous boîtier. Si une protection contre l'humidité est nécessaire pour la carte imprimée 1, on peut l'obtenir en appliquant une matière de revêtement sur toute la surface ou sur une zone de surface choisie de la carte 1. Si la présente invention a été décrite en référence à un mode de réalisation préféré, l'homme de l'art comprendra aisément que de nombreuses modifications sont possibles sans qu'on sorte du cadre de la présente invention. L'application de la présente invention n'est pas limitée, par exemple, aux unités de commande électroniques sous boîtier, mais elle peut s'appliquer à n'importe quels ensembles électroniques sous boîtier. REVENDICATIONS1. Structure de protection pour une carte imprimée, caractérisée en ce qu'elle comprend : une carte imprimée (1) comportant au moins un grand composant (2a) qui est monté sur ladite carte (1) et qui dépasse de celle-ci ; un boîtier (3) qui reçoit la carte imprimée (1), le boîtier (3) présentant au moins une cavité (11) qui est conçue pour loger le grand composant (2a) ; et une matière d'enrobage (6) qui est versée au moins en partie entre le grand composant (2a) et une paroi environnante de la cavité (11). 2. Structure de protection pour une carte imprimée selon la revendication 1, caractérisée en ce que la matière d'enrobage (6) est versée dans un espace entre le grand composant (2a) et la paroi environnante de la cavité (11), sans déborder notablement de ladite cavité (11). 3. Structure de protection pour une carte imprimée selon la revendication 1, caractérisée en ce que la cavité (11) est définie comme une partie profilée d'une paroi inférieure (8) du boîtier (3) qui dépasse d'une surface extérieure de ladite paroi inférieure (8). 4. Structure de protection pour une carte imprimée selon la revendication 1, caractérisée en ce que la cavité (11) est définie par une paroi verticale qui part d'une paroi du boîtier (3) et qui entoure au moins en partie le grand composant (2a). 5. Procédé pour fabriquer une structure de protection pour une carte imprimée, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent : à préparer une carte imprimée (1) comportant au moins un grand composant (2a) qui est monté sur ladite carte (1) et qui dépasse de celle-ci ; à préparer un boîtier (3) conçu pour recevoir la carte imprimée (1) et pourvu d'une cavité (11) qui reçoit au moins en partie le grand composant (2a) ; à placer la carte imprimée (1) dans le boîtier (3) et à faire ainsi en sorte que le grand composant (2a) soit logé dans la cavité (11) ; à verser une matière d'enrobage (6) au moins en partie fluide dans un espace défini entre le grand composant (2a) et une surface de paroi environnante de la cavité (11) ; et à permettre à la matière d'enrobage (6) de durcir. 6. Procédé pour fabriquer une structure de protection pour une carte imprimée selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend également l'étape qui consiste à fixer mécaniquement la carte imprimée (1) au boîtier (3) avant de verser la matière d'enrobage (6) dans la cavité (11).