Brevet FR2956277A1 — publié le 20110812

CIRCUIT IMPRIMÉ À ÉLÉMENTS DE CONNEXION COUPLÉS THERMIQUEMENT PAR L'ARRIÈRE PAR UN JOINT THERMOCONDUCTEUR L'invention concerne les circuits imprimés qui comprennent au moins un ensemble d'éléments de connexion électrique faisant éventuellement partie d'un connecteur électrique. Comme le sait l'homme de l'art, lorsqu'un composant électrique ou Zo électronique, implanté sur un circuit imprimé, fonctionne, il peut générer de l'énergie calorifique qui induit un échauffement non seulement de lui-même, mais aussi de son circuit de connexion jusqu'à au moins un fil électrique (ou brin d'un faisceau). On entend ici par "circuit de connexion" un ensemble comprenant au moins une piste imprimée à laquelle un composant est 15 raccordé, éventuellement un fusible, et un élément de connexion constitué d'une broche mâle ou d'une broche femelle (parfois appelée "clip") d'un éventuel connecteur électrique (de type mâle ou femelle). Ce dernier rassemble généralement plusieurs éléments de connexion destinés à assurer une connexion entre un ensemble d'au moins un composant et des brins d'un 20 faisceau électrique. On notera que le circuit de connexion d'un composant génère aussi de l'énergie calorifique du fait de son impédance propre, par effet joule, lorsqu'un courant le traverse. Un circuit imprimé est en général implanté dans un environnement confiné, par exemple dans un boîtier. Comme indiqué ci-avant, une partie au 25 moins de l'énergie calorifique d'échauffement d'un composant et de son circuit de connexion est transférée dans le brin du faisceau électrique auquel ils sont connectés, et ce brin diffuse cette énergie calorifique par conduction thermique (notamment) grâce à son âme (généralement en cuivre). On comprendra donc que les faisceaux électriques qui raccordent des 30 composants électriques ou électroniques qui sont implantés sur des circuits imprimés servent également à évacuer une partie des calories qui sont générées par au moins un composant électrique et son circuit de connexion. Mais, cette faculté est généralement partiellement exploitée car la chaleur est mal répartie au sein du faisceau. En effet chaque brin d'un faisceau est isolé électriquement par une gaine (généralement en matière plastique) qui est un mauvais conducteur de chaleur. De plus, chaque circuit de connexion est isolé électriquement des autres par la matière du circuit imprimé, par exemple en époxy, et cette matière est aussi un mauvais conducteur de chaleur. L'inconvénient principal de ces faisceaux électriques réside dans leur poids relativement élevé du fait du matériau dans lequel est réalisée leur âme (généralement du cuivre). Or, dans certains domaines, comme par exemple celui des véhicules, on cherche à réduire le poids de leurs éléments afin de réduire les coûts de fabrication et les consommations d'énergie. Pour ce faire on peut réduire la section de l'âme des brins des faisceaux électriques. Cependant, une telle réduction induit aussi une réduction de leur aptitude à évacuer des calories. Par ailleurs, dans d'autres cas une augmentation de la consommation électrique nécessite une augmentation de la masse des faisceaux. L'invention a donc pour but de proposer une solution permettant de mieux répartir et évacuer les calories qui sont présentes sur l'un quelconque des composants électriques ou électroniques et le circuit de connexion associé qui sont implantés sur un ou plusieurs circuits imprimés, en tirant partie du fait que sur un circuit imprimé il y a souvent à un moment donné des composants actifs (chauds) et des composants non actifs qui sont moins chauds que ceux qui sont actifs. Elle propose à cet effet un circuit imprimé comprenant une face avant d'où saille au moins un ensemble d'au moins deux éléments de connexion électrique (d'un éventuel connecteur électrique (mâle ou femelle)), et une face arrière à laquelle sont solidarisées par des brasures (ou soudures) des parties terminales arrières de ces éléments de connexion électrique. Ce circuit imprimé se caractérise par le fait qu'il comprend sur sa face arrière, au contact des brasures (ou soudures), un joint thermo-conducteur, isolant électriquement et agencé de manière à assurer un pont thermique entre les éléments de connexion électrique de l'ensemble pour répartir entre eux une partie au moins de l'énergie calorifique que contient l'un au moins d'entre eux lorsqu'il fait l'objet d'un échauffement. Le circuit imprimé selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - son joint peut être agencé sous la forme d'une feuille conformable qui est plaquée contre les brasures; - la feuille conformable peut être réalisée dans un matériau comportant au moins un polymère; • le matériau peut être par exemple le HCS10®, fabriqué par la société Chomerics; • le polymère peut être chargé avec de la matière qui améliore la conductivité thermique, par exemple avec des particules de céramique; - en variante, la feuille conformable peut être réalisée dans un matériau sans silicone; • le matériau peut être par exemple le Gap Pad 2200SF® fabriqué par la société Bergquist; - dans une première variante, son joint peut être agencé sous la forme d'un gel qui est déposé continûment sur et entre les brasures; - le gel peut être réalisé dans un matériau élastomère à base de silicone(s); - dans une seconde variante, son joint peut être agencé sous la forme d'une pâte déposée continûment sur et entre les brasures; - le joint peut être réalisé dans un matériau polymère chargé avec de la matière qui améliore la conductivité thermique, comme par exemple des particules de céramique ou des nano-matériaux thermoconducteurs; - le matériau peut être par exemple le GTG 7065® fabriqué par la société Getelec. L'invention propose également un boîtier électronique, comportant au moins un réceptacle, comprenant une face interne délimitant un logement interne, et au moins un circuit imprimé du type de celui présenté ci-avant et solidarisé étroitement sur la face interne de son réceptacle, avec sa face arrière orientée vers cette face interne. L'invention est bien adaptée, bien que non limitativement aux véhicules, éventuellement de type automobile. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement, dans une vue en coupe, un exemple de boîtier électronique logeant un premier exemple de réalisation de circuit imprimé selon l'invention, et - la figure 2 illustre schématiquement, dans une vue en coupe, un exemple de boîtier électronique logeant un second exemple de réalisation de circuit imprimé selon l'invention. Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. L'invention a pour but d'offrir un circuit imprimé (Cl) propre à évacuer de façon optimisée une partie de l'énergie calorifique qui est générée en fonctionnement par l'un au moins de ses composants électroniques ou électriques (CE) et de son circuit de connexion associé, via ses éléments de connexion (BC) (qui font éventuellement partie d'un connecteur électrique 2o (CL)). Dans ce qui suit, et comme illustré sur les figures 1 et 2, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que le circuit imprimé Cl est logé à l'intérieur d'un boîtier électronique BE destiné, notamment, à le protéger. Mais, l'invention n'est pas limitée à cette situation. Elle concerne en effet tout type 25 de circuit imprimé dont l'un au moins des composants électriques ou électroniques génère de l'énergie calorifique (ou calories) qui doit être évacuée au moins partiellement. Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, que le boîtier électronique BE est destiné à faire partie d'une 30 architecture électrique et électronique (ou AEE) d'un véhicule, éventuellement de type automobile. Mais, l'invention n'est pas limitée à cette application. Elle concerne en effet tout type de boîtier électronique BE logeant au moins un circuit imprimé Cl du type précité. On a schématiquement représenté sur les figures 1 et 2 un exemple de boîtier électronique BE comportant un réceptacle R, dont la face interne FI délimite un logement interne, et un couvercle CO, destiné à être solidarisé au réceptacle R de manière à fermer au moins partiellement le logement interne pour protéger son contenu. Le réceptacle R comprend dans son logement interne au moins un circuit imprimé Cl. Ce dernier (Cl) peut, par exemple, être solidarisé à sa face interne FI, par exemple au moyen de vis ou de rivets. Mais, le circuit imprimé Cl peut être aussi simplement posé dans le réceptacle R et calé dans celui-ci au moyen d'aspérités créées dans le réceptacle R en appui sur la forme du couvercle CO. Le circuit imprimé Cl comprend une face avant FV sur laquelle sont installés au moins un composant électrique ou électronique CE et ses éléments de connexion électrique (broches ou fiches) BC (qui font ici partie d'un connecteur électrique CL) et sont définies des pistes ou circuits assurant la liaison (ou l'interconnexion) entre composant(s) électrique(s) et/ou électronique(s). On notera qu'un circuit imprimé Cl selon l'invention peut ne comporter qu'un seul composant électrique ou électronique CE et son connecteur électrique CL dont les éléments de connexion électrique BC, au moins au nombre de deux, sont destinés à être connectés respectivement à des brins électriques d'un éventuel faisceau électrique. On notera également que le composant CE peut regrouper un ensemble de composants électriques ou électroniques, ou qu'il peut se limiter à un fusible. Il est aussi possible qu'un fusible et son support soient inclus sur les pistes du circuit imprimé Cl entre un composant CE et un connecteur CL. Dans l'exemple non limitatif illustré, le connecteur électrique CL du composant électrique ou électronique CE comprend un ensemble de quatre éléments de connexion électrique BC (ici des broches ou fiches) de type mâle, mais il pourrait s'agir de broches (ou analogues) de type femelle) destinés à être connectés respectivement à des brins électriques d'un éventuel faisceau électrique. Mais, le nombre d'éléments de connexion électrique BC d'un connecteur électrique CL d'un circuit imprimé Cl selon l'invention peut être différent de quatre. En effet, ce nombre peut être aussi grand que l'on veut dès lors qu'il est au moins égal à deux (2). Dans ce qui suit on appelle broche un élément de connexion BC. Les broches BC (ici de type mâle) peuvent présenter diverses formes. Ainsi, elles peuvent être sensiblement plates et rectangulaires, avec éventuellement une extrémité pointue (comme illustré), ou bien cylindriques circulaires, par exemple. Ces broches BC traversent le circuit imprimé Cl dans son épaisseur et leurs parties terminales arrières ressortent légèrement du côté de la face arrière FR du circuit imprimé Cl (opposée à sa face avant FV). Comme illustré, ces parties terminales arrières sont respectivement solidarisées à la face arrière FR du circuit imprimé Cl au moyen de soudures ou brasures BB qui sont physiquement indépendantes (et donc distantes les unes des autres) de manière à être électriquement isolées les unes des autres (sauf exception). On notera que les parties avant des broches BC (qui sont opposées aux parties terminales arrières) sont généralement maintenues par une embase (non représentée) qui est généralement solidarisée au circuit imprimé Cl. L'invention propose de placer sur la face arrière FR du circuit imprimé Cl, au contact des (de toutes les) brasures BB des broches BC du connecteur CL, un joint J qui est thermo-conducteur, isolant électriquement et agencé de manière à assurer un pont thermique entre ces broches BC. Grâce à ce pont thermique inter-broches, une partie au moins de l'énergie calorifique que contient l'une au moins des broches BC d'un ensemble lorsqu'elle fait l'objet d'un échauffement peut être répartie entre les différentes broches BC de cet ensemble. Cette mutualisation de la conduction thermique est particulièrement avantageuse, car elle permet d'évacuer une plus grande énergie calorifique (ou une plus grande quantité de calories ou de chaleur) contenue dans une broche BC vers les différents brins du faisceau électrique auquel est connecté un connecteur électrique CL d'un composant CE. On comprendra que cela permet d'utiliser des composants qui génèrent plus de calories et/ou des brins de faisceau électrique dont les âmes présentent des sections plus petites et donc sensiblement moins lourdes. Il est important de noter que lorsqu'un circuit imprimé Cl comprend plusieurs connecteurs électriques CL voisins comprenant chacun un ensemble de broches BC, il est possible d'utiliser un même joint J pour tous ces ensembles. Mais, on peut également utiliser un joint J pour chaque ensemble. Comme illustré non limitativement sur la figure 1, le joint J peut par exemple être agencé sous la forme d'une feuille (ou d'un coussinet) conformable que l'on vient plaquer contre les brasures BB des broches BC du connecteur CL. De préférence, le joint J en forme de feuille (ou coussinet) est légèrement écrasé entre la face arrière FR du circuit imprimé Cl et la face interne FI du réceptacle R. A titre d'exemple, cette feuille conformable peut être réalisée dans un matériau qui comporte au moins un polymère. Ainsi, on peut utiliser le produit référencé HCS10® qui est fabriqué par la société Chomerics (division du groupe Parker) et qui fait partie de la gamme de produits appelée « Thermal-A-Gap ». Ce produit est intéressant car il offre actuellement une conductivité thermique d'environ 1 W/m.k avec une excellente conformabilité (indice Shore de 4) qui lui permet d'épouser les aspérités des extrémités arrières des broches BC. On notera que l'on peut également utiliser d'autres produits de cette même société, comme par exemple le Gap Filler Pad 976® qui est un joint thermique ayant une conductivité thermique d'environ 6,5 W/m.k, une dureté plus importante (indice Shore de 10) et une épaisseur pouvant atteindre de 1 à 5 mm selon les besoins, ou bien des produits fabriqués par la société Bergquist Company, comme par exemple le GapPad VO Ultrasoft® qui a une conductivité thermique de 1 W/m.k et une dureté de 5 Shore ou le Gap Pad 2500520® qui a une conductivité thermique de 2,4 W/m.k et une dureté de 20 Shore ou le Gap Pad 5000535® qui a une conductivité thermique de 5 W/m.k, une dureté de 35 Shore et une épaisseur comprise entre 0,5 et 3 mm ou encore le Gap Pad 2200SF® qui ne contient pas de silicone et a conductivité thermique de 2 W/m.k et une dureté de 70 Shore. Dans une variante illustrée sur la figure 2, le joint J peut être agencé sous la forme d'un gel ou d'une pâte qui est déposé(e) continûment sur et entre les brasures BB des broches BC du connecteur CL, avant l'installation du circuit imprimé Cl. Le gel ou la pâte permet avantageusement de combler intégralement l'espace entre brasures (ou soudures) BB et ainsi d'obtenir une conduction thermique quasi continue. On notera par ailleurs que le gel est un état physique avantageux car il permet d'effectuer des interventions de maintenance non destructives. A titre d'exemple non limitatif, le gel peut être réalisé dans un matériau élastomère à base d'un ou plusieurs silicones. Dans ce cas, on peut par exemple utiliser des produits fabriqués par la société Chomerics et appartenant à la gamme de produits appelée Therm-A-Gap, comme par exemple le Gel T636® qui présente l'avantage d'être un matériau pré-polymérisé conformable à une seule composante et qui a conductivité thermique de 2,4 W/m.k, ou bien des produits fabriqués par la société Bergquist Company, comme par exemple le 3500535® de type « Liquid Gap Filling Material » à deux composantes qui a une conductivité thermique de 3,6 W/m.k, ou encore des produits fabriqués par la société Getelec SA, comme par exemple le gel à base de silicone chargé de particules en céramique qui est référencé GTG 7065® et qui a une conductivité thermique de 7 W/m.k. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation de circuit imprimé et de boîtier électronique décrits ci-avant, seulement à titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après. REVENDICATIONS1. Circuit imprimé (Cl) comprenant une face avant (FV) d'où saille au moins un ensemble d'au moins deux éléments de connexion électrique (BC), et une face arrière (FR) à laquelle sont solidarisées par des brasures (BB) des parties terminales arrières desdits éléments de connexion électrique (BC), caractérisé en ce qu'il comprend sur ladite face arrière (FR), au contact desdites brasures (BB), un joint (J) thermo-conducteur, isolant électriquement et agencé de manière à assurer un pont thermique entre lesdits éléments de connexion électrique (BC) dudit ensemble pour répartir entre eux une partie au moins de l'énergie calorifique que contient l'un au moins d'entre eux lorsqu'il fait l'objet d'un échauffement. 2. Circuit imprimé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit joint (J) est agencé sous la forme d'une feuille conformable plaquée contre lesdites brasures (BB). 3. Circuit imprimé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite feuille conformable est réalisée dans un matériau comportant au moins un polymère. 4. Circuit imprimé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit matériau est le HCS10®. 5. Circuit imprimé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le polymère est chargé avec de la matière qui améliore la conductivité thermique. 6. Circuit imprimé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite feuille conformable est réalisée dans un matériau sans silicone. 7. Circuit imprimé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit matériau est le Gap Pad 2200SF®. 8. Circuit imprimé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit joint (J) est agencé sous la forme d'un gel déposé continûment sur et entre lesdites brasures (BB). 9. Circuit imprimé selon la revendication 8, caractérisé en ce que leditgel est réalisé dans un matériau élastomère à base de silicone(s). 10. Circuit imprimé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit joint (J) est agencé sous la forme d'une pâte déposée continûment sur et entre lesdites brasures (BB). 11. Circuit imprimé selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que ledit joint (J) est chargé avec de la matière qui améliore la conductivité thermique. 12. Circuit imprimé selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit joint (J) est chargé en particules de céramique. 13. Circuit imprimé selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit joint (J) est chargé en nano-matériaux thermoconducteurs. 14. Boîtier électronique (BE) comprenant au moins un réceptacle (R) comportant une face interne (FI) délimitant un logement interne, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un circuit imprimé (Cl) selon l'une des revendications précédentes, solidarisé étroitement sur ladite face interne (FI) du réceptacle (R) avec sa face arrière (FR) orientée vers cette face interne (FI). 15. Utilisation du circuit imprimé (Cl) selon l'une des revendications 1 à 13 et du boîtier électronique (BE) selon la revendication 14 dans un véhicule.