Brevet FR2984680A1 — publié le 20130621

Structure portant un ou plusieurs composants électroniques La présente invention concerne une structure portant un ou plusieurs composants électroniques et permettant une dissipation thermique de la chaleur dégagée par le ou les composants électroniques. L'invention s'applique notamment mais non exclusivement pour des composants électroniques dissipant une puissance thermique comprise entre 10W et 50W. Le composant électronique peut faire partie d'un onduleur d'un circuit onduleur/chargeur comprenant en outre un moteur électrique et intégré à un véhicule hybride ou électrique, par exemple. Des structures portant des composants électroniques et permettant une dissipation de la chaleur dégagée par ces composants sont connues. Un exemple est représenté sur la figure 1. Cette structure 100 comprend un circuit imprimé 101 comprenant deux couches de cuivre 102 et 103 entre lesquelles est interposée une couche de prépreg 104. Cette couche 104 comprend par exemple un tissu de fibres de verre pré imprégné de résine époxyde. Un insert en cuivre 106 est disposé dans le circuit imprimé 101, cet insert 106 s'étendant à travers les couches 102, 103 et 104. Un radiateur 108, par exemple en aluminium, est fixé au circuit imprimé par l'intermédiaire d'une couche d'adhésif 109. Le radiateur 108 comporte dans l'exemple décrit une pluralité d'ailettes 107. Comme représenté sur la figure 1, l'insert 106 favorise le transfert de la chaleur dégagée par un composant électronique 110 vers le radiateur 108. Néanmoins, la structure de la figure 1 ne permet pas d'obtenir une isolation électrique satisfaisante entre le composant électronique 110 et le radiateur 108. Or, le composant électronique 110 peut être disposé dans un environnement haute tension, ce qui impose des contraintes en termes d'isolation électrique. Il existe ainsi un besoin pour disposer d'une structure permettant d'évacuer la chaleur dégagée par un composant électronique tout en assurant une isolation électrique. L'invention a pour but de répondre à ce besoin et elle y parvient, selon l'un de ses aspects, à l'aide d'une structure pour au moins un composant électronique, comprenant : - un circuit imprimé dont une face définit une surface de réception de composant électronique, un insert métallique étant disposé dans le circuit imprimé, - un radiateur, et - un support isolant électriquement et thermiquement conducteur, ledit support étant interposé entre le radiateur et la face du circuit imprimé opposée à la surface de réception. Le support utilisé permet de ne pas dégrader le transfert de la chaleur dégagée par le composant électronique vers le radiateur, ce transfert étant favorisé par l'insert métallique, tout en procurant une isolation électrique entre le composant électronique et le radiateur. Au sens de la présente invention, « isolant électriquement » est défini selon la norme IPC TM650. Le support peut présenter une résistance thermique Rth comprise entre 2°C/W et 3.5°C/W. De façon générale, pour mesurer la résistance thermique d'un circuit imprimé, on peut braser sur ce circuit imprimé un transistor MOS et injecter un courant dans la diode interne de ce transistor. La mesure de tension de part et d'autre de ce circuit imprimé donne, à partir des spécifications du circuit imprimé communiquées par le fabricant, la variation de température. Connaissant la résistance thermique du circuit imprimé, on peut, en procédant de la même façon pour un ensemble comprenant le circuit imprimé et le support, mesurer la tension de part et d'autre de cet ensemble. On en déduit la résistance thermique de l'ensemble, et par différence avec la résistance thermique du circuit imprimé, la résistance thermique du support. Le circuit imprimé peut comprendre une première couche métallique, notamment en cuivre, dont une face définit la surface de réception, une deuxième couche métallique, notamment en cuivre, dont une face vient en regard du support, et une couche de prépreg interposée entre la première et la deuxième couche métallique, notamment les couches de cuivre, la couche de prépreg ayant une épaisseur supérieure à l'épaisseur de chaque couche métallique. La couche de prépreg peut présenter une épaisseur permettant d'augmenter l'isolation électrique entre le composant électronique et le radiateur sans pour autant dégrader le transfert de chaleur vers le radiateur, ce dernier s'effectuant via l'insert métallique. L'épaisseur de la couche de prépreg est par exemple supérieure à celle de la couche de prépreg des circuits imprimés connus, dans lesquels chaque couche peut avoir sensiblement la même épaisseur. La couche de prépreg peut avoir une épaisseur comprise entre 1501am et 15001am, étant notamment de l'ordre de 1500 µm lorsque le circuit imprimé a une épaisseur de l'ordre de 1.6mm. De façon plus générale, la couche de prépreg peut représenter entre 20 et 90% de l'épaisseur totale du circuit imprimé, par exemple entre 50% et 80%. Selon un premier exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'insert métallique est noyé dans le circuit imprimé. L'insert métallique est noyé dans le circuit imprimé, c'est-à-dire qu'il est emprisonné dans le circuit imprimé, étant recouvert d'un côté par la première couche métallique et de l'autre côté par la deuxième couche métallique. Selon ce premier exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'insert métallique n'est reçu que dans l'épaisseur de la couche de prépreg, n'étant ni reçu dans l'épaisseur de la première couche métallique, ni reçu dans l'épaisseur de la deuxième couche métallique. Selon un deuxième mode de mise en oeuvre de l'invention, l'insert métallique est reçu dans une cavité traversante ménagée dans le circuit imprimé. L'insert métallique peut être monté à force dans la cavité. Au moins une portion de l'insert métallique peut définir une partie de la surface de réception de la structure. Selon ce deuxième mode de mise en oeuvre, l'insert métallique n'est pas noyé dans le circuit imprimé. L'insert métallique peut être reçu dans l'épaisseur de la première couche métallique et dans l'épaisseur de la couche de prépreg. Au niveau de la deuxième couche métallique, la cavité peut ne pas être occupée par l'insert métallique, de sorte qu'un évidement en regard de l'insert métallique existe et une résine peut être disposée dans cet évidement pour combler tout ou partie de celui-ci. En l'absence de résine, cet évidement disposé en regard de l'insert métallique est rempli d'air et la présence d'air nuit à la dissipation thermique car elle fait augmenter la résistance thermique de la structure. La résine peut être disposée dans l'évidement de manière à former une partie de la surface du circuit imprimé opposée à la surface de réception des composants électroniques. La résine peut être disposée dans l'évidement de manière à ce qu'il n'y ait pas de discontinuité de cette surface du circuit imprimé opposée à la surface de réception au niveau de la résine comblant l'évidement. Autrement dit, le bord en regard du support de la résine peut être à la même hauteur que le bord en regard du support de la face de la deuxième couche métallique. La résine peut ainsi permettre que la surface du circuit imprimé opposée à la surface de réception soit sensiblement plane. En variante, l'insert ne s'étend pas dans l'épaisseur de la première couche métallique mais dans la couche en prépreg et la deuxième couche métallique et la partie de la cavité ménagée dans la première couche métallique est comblée en tout ou partie par une résine, comme décrit ci-dessus en rapport avec la deuxième couche métallique, notamment en ce qui concerne l'obtention d'une surface plane. En variante encore, l'insert ne s'étend que dans une partie de l'épaisseur de la première couche métallique ou de la deuxième couche métallique et la partie de la cavité non occupée par l'insert dans la première ou la deuxième couche métallique est comblée en tout ou partie par la résine. Des surfaces planes peuvent être obtenues comme indiqué ci-dessus. Le support peut comprendre une pluralité de particules thermiquement conductrices dispersées au sein de ce dernier. Le support est par exemple réalisé en un mélange de fibres de verre et de caoutchouc de silicone. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un ensemble comprenant : - une structure telle que définie ci-dessus, et - au moins un composant électronique monté sur la surface de réception de la structure, le composant électronique étant disposé en regard de l'insert métallique. L'ensemble ci-dessus permet une dissipation thermique satisfaisante de la chaleur dégagée par le composant électronique vers le radiateur tout en assurant une isolation électrique. Le composant électronique peut présenter une puissance nominale supérieure ou égale à 1kW et générer une puissance thermique supérieure ou égale à 10W. Le composant électronique peut faire partie d'un onduleur d'un circuit onduleur/chargeur comprenant en outre un moteur électrique et intégré à un véhicule électrique ou hybride. Le composant électronique est par exemple un interrupteur de puissance, par exemple un transistor tel qu'un transistor à effet de champ ou bipolaire. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple non limitatif de mise en oeuvre de celle-ci et à l'examen du dessin annexé sur lequel : - la figure 1 représente une structure selon l'art antérieur déjà décrite, - la figure 2 est une vue en coupe schématique d'un ensemble selon un premier exemple de mise en oeuvre de l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe schématique d'un ensemble selon un deuxième exemple de mise en oeuvre de l'invention, et - la figure 4 représente une variante de l'ensemble de la figure 3. On va décrire en référence à la figure 2 un ensemble 1 selon un premier exemple de mise en oeuvre de l'invention. L'ensemble 1 comprend une structure 2 portant au moins un composant électronique 3. Le composant électronique 3 est par exemple un interrupteur de puissance tel qu'un transistor à effet de champ, notamment un transistor MOS, utilisé pour former un onduleur. Cet onduleur peut faire partie d'un circuit onduleur/chargeur comprenant en outre un moteur électrique et intégré à un véhicule électrique ou hybride. Le composant électronique 3 peut supporter une tension de l'ordre de 430V et un courant de l'ordre de 13A. Le composant électronique 3 présente dans l'exemple considéré une puissance nominale supérieure ou égale à 1kW et dissipe une puissance thermique comprise entre 10W et 50W, par exemple. La structure 3 comprend un circuit imprimé 4, un support 5 et un radiateur 6. Le circuit imprimé 4 comprend dans les exemples représentés une première couche métallique 9, ici en cuivre, dont une face 10 défmit une surface de réception du composant électronique 3. Le composant électronique 3 comprend par exemple des pattes 11 pouvant être rapportées, par exemple brasées, sur la surface 10. La couche 9 est disposée au-dessus d'une couche 12 réalisée en prépreg, dans l'exemple décrit. La couche 12 est disposée entre la première couche métallique 9 et une deuxième couche métallique 14 qui est également en cuivre dans l'exemple décrit. La couche 14 comprend une face 16 en regard du support 5. Les couches 9 et 14 peuvent présenter la même épaisseur. Dans l'exemple considéré, l'épaisseur de la couche en prépreg 12 est supérieure à l'épaisseur de chaque couche 9 et 14. L'épaisseur de la couche en prépreg est par exemple sensiblement égale à l'épaisseur cumulée des couches 9 et 14. Comme représenté sur la figure 2, un insert métallique 18 peut être noyé dans le circuit imprimé 4. Cet insert métallique 18 est par exemple réalisé en cuivre. Dans l'exemple de la figure 2, l'insert 18 est uniquement reçu dans l'épaisseur de la couche en prépreg 12 mais il ne s'étend pas dans l'épaisseur des couches 9 et 14. Le circuit imprimé 4 représenté sur la figure 2 est par exemple commercialisé par la société Schweizer ElectronicTM sous la référence FR4 6L Insert In-LAY Le support 5 est disposé entre le circuit imprimé 4 et le radiateur 6, présentant une face venant en regard de la face 16 du circuit imprimé 4 opposée à la surface de réception 10 et une face venant en regard du radiateur 6. Le support 5 est dans l'exemple considéré chargé en particules thermiquement conductrices. Ces particules sont dispersées au sein d'un mélange, ce mélange étant notamment un mélange de fibres de verre et de caoutchouc de silicone. Dans un exemple particulier, le support 5 est un Sil-PadR commercialisé par la société BergquistTM. Le radiateur 6 est par exemple réalisé en aluminium. Il peut comprendre, sur sa face opposée au support 5, une pluralité d'ailettes permettant d'augmenter la surface d'échange thermique, ces ailettes n'étant pas représentées sur les figures. Dans l'exemple de la figure 2, le radiateur 6 a une épaisseur de l'ordre de deux mm. On va maintenant décrire en référence aux figures 3 et 4 des ensembles 1 selon un deuxième exemple de mise en oeuvre de l'invention. Les ensembles 1 des figures 3 et 4 diffèrent de celui décrit en référence à la figure 2 par le fait que l'insert métallique 18 n'est pas noyé dans le circuit imprimé 4 mais est monté à force dans une cavité traversante 20 ménagée dans le circuit imprimé 4. Cette cavité est ménagée à travers la première couche 9 métallique, la couche en prépreg 12 et la deuxième couche métallique 14.. L'insert 18 est reçu dans l'épaisseur de la première couche métallique 9 et de la couche en prépreg 12 mais n'est pas reçu dans l'épaisseur de la deuxième couche métallique 14. Le circuit imprimé 4 représenté sur les figures 3 et 4 est par exemple commercialisé par la société Ruwel InternationalTM sous la référence FR4 2L Copper In-LAY. Dans l'exemple de la figure 3, un évidement 21 demeure dans la deuxième couche métallique 14 après mise en place de l'insert métallique 18 dans la cavité traversante 20. Cet évidement 21 est en regard de l'insert métallique 18. Dans l'exemple de la figure 4, l'évidement 21 est comblé en partie par une résine 22 déposée dans l'évidement 20 au niveau de la deuxième couche métallique 14. La résine s'étend dans l'exemple représenté sur moins de l'épaisseur de la deuxième couche métallique 14. La résine 22 définit alors une partie de la surface 16 du circuit imprimé 4 opposée à la surface de réception 10. Le bord 23 de la résine 22 venant en regard du support 5 peut être à la même hauteur que la face 16 de la deuxième couche métallique 14 ailleurs qu'au niveau de l'évidement. Cette résine est par exemple un film standard U90 bleu sans colle 2KV 125°C KerathermR. L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits. L'expression « comportant un » doit être comprise comme étant synonyme de l'expression « comportant au moins un », sauf lorsque le contraire est spécifié. REVENDICATIONS1. Structure (2) pour au moins un composant électronique (3), comprenant : - un circuit imprimé (4) dont une face défmit une surface de réception (10) de composant électronique (3), un insert métallique (18) étant disposé dans le circuit imprimé (4), - un radiateur (6), et - un support (5) isolant électriquement et thermiquement conducteur, ledit support (5) étant interposé entre le radiateur (6) et la face (16) du circuit imprimé (4) opposée à la surface de réception (10). 2. Structure selon la revendication 1, le circuit imprimé (4) comprenant une première couche métallique (9) dont une face défmit la surface de réception (10), une deuxième couche métallique (14) dont une face (16) vient en regard du support (5) et une couche de prépreg (12) interposée entre la première (9) et la deuxième (14) couche métallique, la couche de prépreg (12) ayant une épaisseur supérieure à l'épaisseur de chaque couche métallique (9, 14). 3. Structure selon la revendication 2, la couche de prépreg (12) ayant une épaisseur comprise entre 1501am et 15001am, étant notamment de l'ordre de 1500 µm. 4. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, l'insert métallique (18) étant noyé dans le circuit imprimé (4). 5. Structure selon la revendication 4, étant en outre selon la revendication 2 ou 3, l'insert métallique (18) n'étant reçu que dans l'épaisseur de la couche de prépreg (12). 6. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, l'insert métallique (18) comportant au moins une portion définissant une partie de la surface de réception (10). 7. Structure selon la revendication 6, étant en outre selon la revendication 2 ou 3, l'insert métallique (18) étant reçu dans l'épaisseur de la première couche métallique (9) et dans l'épaisseur de la couche de prépreg (12). 8. Structure selon la revendication 7, la deuxième couche métallique (14) présentant un évidement (21) en regard de l'insert métallique (18) et cet évidement (21) étant comblée en tout ou partie par une résine (22). 9. Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, le support (5) étant réalisé en un mélange de fibres de verre et de caoutchouc de silicone, des particules thermiquement conductrices étant dispersées dans ce mélange. 10. Ensemble (1) comprenant :- une structure (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes et, - au moins un composant électronique (3) monté sur la surface de réception (10) de la structure (2), le composant électronique (3) étant disposé en regard de l'insert métallique (18).