Brevet FR2984679A1 — publié le 20130621

Liaison thermiquement conductrice et électriquement isolante entre au moins un composant électronique et un radiateur en tout ou partie métallique La présente invention concerne la réalisation d'une liaison thermiquement conductrice et électriquement isolante entre au moins un composant électronique et un radiateur. Au sens de l'invention, il faut comprendre par « liaison électriquement isolante » une liaison qui assure la continuité des signaux électriques et leur isolement. « Isolant électriquement » est défini selon la norme IPC TM650. Toujours au sens de l'invention, une liaison est thermiquement conductrice lorsqu'elle présente une résistance thermique d'une valeur comprise entre 1.5°C/W et 3.5°C/W pour des 10 puissances de 10W à 20W. 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 15 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 20 support. L'invention s'applique notamment mais non exclusivement pour des composants électroniques étant des interrupteurs de puissance faisant partie d'un onduleur. Cet onduleur appartient par exemple à un circuit onduleur/chargeur comprenant en outre un moteur électrique et intégré à un véhicule électrique ou hybride. 25 Le composant électronique et le radiateur font partie d'un ensemble comprenant un circuit imprimé à travers lequel la chaleur dissipée par le composant électronique est transférée vers le radiateur. Il est connu, comme représenté par exemple sur la figure 1, d'introduire dans le circuit imprimé un insert métallique 100, par exemple réalisé en cuivre, et favorisant le transfert de la chaleur dégagée par le composant électronique 101 vers le 30 radiateur 102. Lorsque le composant électronique 101 est alimenté par une haute tension et/ou par des courant importants, la chaleur qu'il dégage est plus importante et le besoin en isolation électrique entre le composant électronique 101 et le radiateur 102 augmente. Il existe un besoin pour permettre un bon transfert de la chaleur dégagée par le composant électronique vers le radiateur tout en garantissant une isolation électrique satisfaisante entre le radiateur et le composant électronique. L'invention a pour but de répondre à ce besoin et elle y parvient, selon l'un de ses aspects, à l'aide d'un procédé de réalisation d'une liaison thermiquement conductrice et électriquement isolante entre au moins un composant électronique et un radiateur en tout ou partie métallique, le composant électronique et le radiateur faisant partie d'un ensemble comprenant en outre un circuit imprimé disposé entre le composant électronique et le radiateur, le circuit imprimé comprenant au moins une couche métallique et un insert métallique, procédé dans lequel on anodise au moins une surface métallique à travers laquelle la chaleur est dissipée du composant électronique vers le radiateur, ladite surface métallique appartenant à l'un du composant électronique, du circuit imprimé et du radiateur. L'anodisation de cette ou ces surfaces permet d'assurer une isolation électrique sans pour autant entraver le transfert de chaleur du composant électronique vers le radiateur à travers ladite surface. En outre, la réalisation de cette isolation électrique par anodisation s'effectue à un coût réduit. Le composant électronique peut comprendre un boîtier ayant au moins une partie métallique, ledit boîtier reposant sur une surface de réception du circuit imprimé via ladite partie métallique, et ladite partie métallique du boîtier peut être anodisée. Cette surface anodisée du boîtier fournit alors la ou l'une des surfaces métalliques anodisées de l'ensemble. Le radiateur peut présenter une surface métallique en contact avec le circuit imprimé et ladite surface du radiateur peut être anodisée. Cette surface anodisée du radiateur fournit alors la ou l'une des surfaces métalliques anodisées. Le radiateur est par exemple réalisé en tout ou partie en aluminium, ce matériau présentant des propriétés électriques et thermiques satisfaisantes tout en étant d'un coût et d'un poids réduits. Le radiateur peut être réalisé d'une seule pièce, auquel cas une partie de cette pièce est soumise à un traitement d'anodisation. En variante, on rapporte sur le radiateur une pièce préalablement anodisée et une surface de cette pièce rapportée constitue la surface métallique anodisée du radiateur. L'insert métallique peut être en cuivre. Selon un premier mode de mise en oeuvre de l'invention, l'insert métallique est noyé dans le reste du circuit imprimé. Le circuit imprimé comprend selon ce premier mode de mise en oeuvre au moins deux couches métalliques, la première couche métallique est interposée entre l'insert métallique et le composant électronique et la deuxième couche métallique est interposée entre l'insert métallique et le radiateur. Chacune des couches métalliques peut être réalisée en cuivre. Selon une première variante de ce premier mode de mise en oeuvre, la face de la première couche métallique en regard du composant électronique est en tout ou partie anodisée. Cette face anodisée de la première couche métallique fournit alors la ou l'une des surfaces métalliques anodisées de l'ensemble. Selon une deuxième variante de ce premier mode ou en combinaison de la première variante ci-dessus, la face de la deuxième couche métallique en regard du radiateur est en tout ou partie anodisée. Cette face anodisée de la deuxième couche métallique fournit alors la ou l'une des surfaces métalliques anodisées de l'ensemble. Selon une autre variante du premier mode de mise en oeuvre de l'invention, ou le cas échéant selon la première ou la deuxième variante ci-dessus, l'insert métallique peut présenter une première face de contact avec une surface de contact correspondante de la première couche métallique et une deuxième face de contact avec une surface de contact correspondante de la deuxième couche métallique, et l'une au moins des surfaces suivantes peut être anodisée : - ladite première face de contact, - ladite surface de contact correspondante de la première couche métallique, - ladite deuxième face de contact, et - ladite surface de contact correspondante de ladite deuxième couche métallique. Cette surface anodisée fournit ainsi la ou l'une des surfaces métalliques anodisées de l'ensemble. Le cas échéant, la chaleur dégagée par le composant électronique peut être dissipée à travers plusieurs surfaces métalliques anodisées. Selon un deuxième mode de mise en oeuvre de l'invention, l'insert métallique peut ne pas être noyé dans le reste du circuit imprimé. Le circuit imprimé peut comprendre deux couches métalliques, par exemple en cuivre, ainsi qu'une couche en prépreg et une cavité peut être ménagée à travers ces couches. La couche de prépreg peut représenter entre 20 et 90% de l'épaisseur du circuit imprimé, par exemple entre 50% et 80%. L'insert métallique est par exemple disposé dans cette cavité, étant notamment monté à force dans celle-ci, et présente une face de contact avec le composant électronique. Cette face de contact de l'insert métallique peut être anodisée, fournissant alors la ou l'une des surfaces métalliques anodisées de l'ensemble. Selon ce deuxième mode de mise en oeuvre, lorsque l'insert est disposé dans la cavité traversante, il peut ne pas s'étendre dans l'épaisseur de la deuxième couche métallique et la partie de la cavité ménagée dans cette deuxième couche métallique peut être comblée en tout ou partie par une résine. La deuxième couche métallique peut être une couche d'extrémité du circuit imprimé, une face de la deuxième couche métallique formant alors une face d'extrémité du circuit imprimé et la résine peut être disposée dans la cavité de manière à ce que ladite face d'extrémité du circuit imprimé soit sensiblement plane, y compris au niveau de la cavité. 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. A part selon le premier mode de mise en oeuvre de l'invention, l'insert métallique peut présenter une face de contact avec le radiateur et ladite face de contact de l'insert peut être anodisée. La face anodisée de l'insert, qui appartient au circuit imprimé, fournit alors la ou l'une des surfaces métalliques anodisées de l'ensemble. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un ensemble comprenant : - au moins un composant électronique, - un radiateur en tout ou partie métallique et, - un circuit imprimé disposé entre le radiateur et le composant électronique, ledit circuit imprimé comprenant au moins une couche métallique et un insert métallique, l'un au moins du composant électronique, du circuit imprimé et du radiateur comprenant au moins une surface métallique à travers laquelle la chaleur dissipée par le composant électronique est transférée vers le radiateur, ladite surface métallique étant anodisée. L'ensemble ci-dessus permet d'obtenir les avantages déjà mentionnés ci-dessus. L'insert peut être disposé entre le composant électronique et le radiateur. Tout ou partie des caractéristiques présentées en rapport avec le procédé ci-dessus peuvent être combinées avec l'ensemble tel que défini ci-dessus. Le composant électronique est par exemple un composant électronique présentant une puissance nominale supérieure à lkW. La puissance thermique dissipée par ce composant lorsqu'il est alimenté électriquement peut être comprise entre lOW et 50W, par exemple. Ce composant fait par exemple partie d'un onduleur d'un circuit onduleur/chargeur comprenant en outre un moteur électrique et intégré à un véhicule hybride ou électrique. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, une structure pour au moins un composant électronique, la structure comprenant : un circuit imprimé dont une face définit une surface de réception de composant électronique, le circuit imprimé comprenant un insert métallique, et un radiateur en tout ou partie métallique, le radiateur ayant une surface anodisée en regard du circuit imprimé. Le radiateur est par exemple en aluminium, auquel cas l'anodisation permet qu'une couche d'alumine soit au contact du circuit imprimé. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, une structure pour au moins un composant électronique, la structure comprenant : un circuit imprimé dont une face définit une surface de réception de composant électronique, le circuit imprimé comprenant un insert métallique et au moins une couche métallique, et un radiateur, le radiateur ayant une surface en regard du circuit imprimé, l'insert métallique étant noyé dans le reste du circuit imprimé et comprenant une face de contact avec une surface de contact correspondante de la couche métallique du circuit imprimé. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, une structure pour au moins un composant électronique, la structure comprenant : un circuit imprimé dont une face définit une surface de réception de composant électronique, le circuit imprimé comprenant un insert métallique, et un radiateur, le radiateur ayant une surface en regard du circuit imprimé, l'insert métallique étant disposé dans une cavité traversante ménagée dans le circuit imprimé de manière à ce qu'une portion dudit insert forme une partie de la surface de réception de composant électronique, ladite portion de l'insert étant anodisée. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'exemples non limitatifs de mise en oeuvre de celle-ci et à l'examen du dessin annexé sur lequel : - la figure 1 représente un exemple d'ensemble selon l'art antérieur déjà décrit, - la figure 2 représente de façon schématique un ensemble selon une variante d'un premier mode de mise en oeuvre de l'invention, les figures 3 et 4 représentent de façon schématique d'autres variantes du premier mode de mise en oeuvre de l'invention, - la figure 5 représente de façon schématique un ensemble selon une variante d'un second mode de mise en oeuvre de l'invention, et - les figures 6 et 7 représentent de façon schématique d'autres variantes du second mode de mise en oeuvre de l'invention. On a représenté à la figure 2 un ensemble 1 selon un premier mode de mise en oeuvre de l'invention. Cet ensemble 1 comprend un composant électronique 2, par exemple un transistor de puissance tel qu'un transistor à effet de champ, et une structure 3 sur laquelle est rapporté, par exemple par brasure, le composant 2. Le composant 2 présente par exemple une puissance nominale supérieure ou égale à 1kW et dégage, lorsqu'il est alimenté électriquement, une puissance thermique comprise entre 10W et 50W. Le composant électronique 2 peut supporter une tension de l'ordre de 430V et un courant de l'ordre de 13A. La structure 3 comporte dans l'exemple représenté un circuit imprimé 4 et un radiateur 5, le radiateur étant notamment en aluminium. Le circuit imprimé 4 se présente dans l'exemple considéré sous une forme multicouche, comprenant une première couche en cuivre 8, une deuxième couche en cuivre 9 et une couche en prépreg 10 emprisonnée entre les couches en cuivre 8 et 9. La première couche en cuivre 8 présente une face 11 définissant une surface de réception du circuit imprimé sur laquelle est rapporté le composant électronique 2. La deuxième couche en cuivre 9 présente une face 12 en regard du radiateur 5 qui définit une autre surface d'extrémité pour le circuit imprimé 4. Comme représenté, la couche en prépreg 10 peut présenter une épaisseur supérieure à celle de chaque couche en cuivre 8 ou 9. Le circuit imprimé 4 comprend en outre un insert métallique 13, par exemple en cuivre. Dans l'exemple de la figure 2, l'insert 13 est reçu dans une cavité ménagée à travers la couche en prépreg 10 uniquement, n'étant pas reçu dans l'épaisseur des couches en cuivre 8 et 9. L'insert 13 est disposé vis-à-vis du composant électronique 2 et du radiateur 5 de manière à ce que la chaleur dissipée par ce composant 2 transite via l'insert 13 vers le radiateur 5. 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. Dans l'exemple de la figure 2, la surface d'extrémité 12 du circuit imprimé est au contact d'une surface anodisée 15 du radiateur 5. Cette surface anodisée 15 est par exemple obtenue par anodisation d'une portion du bloc métallique formant le radiateur 5. En variante, une pièce métallique, par exemple en aluminium, est préalablement anodisée avant d'être rapportée sur le radiateur 5 afin de définir la surface de contact du radiateur avec le circuit imprimé 4. Cette surface anodisée 15 permet d'établir une isolation électrique satisfaisante entre le composant électronique 2 et le radiateur 5, sans nuire à la dissipation de chaleur du composant électronique 2 vers le radiateur 5. On obtient ainsi une liaison entre le composant électronique 2 et le radiateur 5 qui est isolée électriquement tout en permettant la dissipation de chaleur souhaitée. La surface 15 étant anodisée, le radiateur 5 peut venir au contact du circuit imprimé 4 via une couche anodisée, ladite couche ayant par exemple une épaisseur comprise entre 101..im et 301am tandis que le radiateur a une épaisseur d'environ 2mm. Dans les exemples des figures 3 et 4, qui représentent des variantes de l'ensemble 1 de la figure 2 avant assemblage du circuit imprimé 4 et du radiateur 5, le radiateur ne présente pas de surface anodisée. Dans l'exemple de la figure 3, l'isolation électrique est obtenue en anodisant chacune des faces par lesquelles l'insert 13 vient en regard d'une couche métallique 8 ou 9. L'insert 13 présente par exemple une face 16 venant en regard de la première couche en cuivre 8 et une face 17 venant en regard de la deuxième couche en cuivre 9 et ces deux faces 16 et 17 sont anodisées. Le cas échéant, les surfaces de contact correspondantes des faces de contact 16 et 17 et qui appartiennent respectivement à la première couche en cuivre 9 et à la deuxième couche en cuivre 10 peuvent également ou à la place être anodisées. Dans l'exemple de la figure 4, la portion de la surface de réception 11 au contact du composant électronique 2 et la face d'extrémité 12 définie par la deuxième couche en cuivre 9 sont anodisées. Toujours dans l'exemple de la figure 4, le composant électronique 2 peut comprendre un boîtier dont au moins la partie au contact du circuit imprimé 4 est métallique et cette partie métallique du boîtier peut être anodisée. Dans un autre exemple non représenté, l'ensemble 1 peut présenter toutes les surfaces anodisées recensées dans les exemples des figures 2 à 4. On va maintenant décrire en référence aux figures 5 à 7 des variantes d'ensemble 1 selon un deuxième mode de mise en oeuvre de l'invention. Dans ces exemples, une cavité 20 est ménagée à travers les couches 8 à 10 du circuit imprimé 4 et l'insert est monté à force dans cette cavité 20. L'insert 13 est ici reçu dans l'épaisseur de la première couche en cuivre 8 et de la couche en prépreg 10. L'insert 13 contacte par sa face 16 le composant électronique 2. Néanmoins, l'insert n'est pas reçu dans l'épaisseur de la deuxième couche en cuivre 9, de sorte qu'au niveau de celle-ci, la cavité 20 n'est pas occupée par l'insert 13. Le circuit imprimé 4 représenté sur les figures 3 et 4 est par exemple commercialisé par la société Ruwel InternationalTM sous la référence FR4 2LCopper In-LAY Une résine 22, par exemple un film standard U90 bleu sans colle 2KV / 125°C KerathermR, est coulée dans la partie de la cavité 20 ménagée dans la deuxième couche en cuivre 9. La résine 22 peut être disposée de manière à ce que la surface d'extrémité 12 reste plane malgré la présence dans la deuxième couche en cuivre 9 de la cavité 20. Le bord inférieur de la résine 22 peut ainsi venir au niveau du reste de la face d'extrémité 12. Similairement à l'exemple de la figure 2, une surface 15 du radiateur 5 peut être anodisée, cette surface 15 faisant partie du radiateur lorsque ce dernier est monobloc ou appartenant à une pièce rapportée sur une autre partie du radiateur 5 et préalablement anodisée. Le cas échéant, cette anodisation peut être effectuée en profondeur et former une couche d'une épaisseur comprise entre 10gm et 30p.m par laquelle le radiateur contacte le circuit imprimé. Dans l'exemple des figures 6 et 7 qui représentent des variantes de l'ensemble de la figure 5 avant assemblage du circuit imprimé 4 et du radiateur 5, d'autres moyens pour réaliser l'isolation électrique entre le composant électronique 2 et le radiateur 5 sont présentés. Dans l'exemple de la figure 6, le radiateur ne présente pas de surface anodisée mais la face 16 de l'insert au contact du composant électronique 2 est anodisée. Lorsque le composant électronique est contenu dans un boîtier qui présente une portion métallique au contact de l'insert 13, ladite portion métallique de ce boîtier peut être anodisée. Dans l'exemple de la figure 7, l'isolation électrique est procurée par l'anodisation de la face 12 de la deuxième couche en cuivre 9. Dans un exemple non représenté, l'ensemble 1 peut présenter toutes les surfaces anodisées recensées dans les exemples des figures 5 à 7. L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits. On ne sort pas du cadre de l'invention dès lors que l'on établit, par anodisation d'une ou plusieurs surfaces métalliques, une liaison thermiquement conductrice et électriquement isolante entre le composant électronique 2 et le radiateur 5. Bien que le terme de « surface anodisée » ait été utilisée, l'invention n'exclut pas que l'anodisation ne se fasse pas seulement en surface mais également en profondeur, c'est-à-dire qu'une portion dont la surface anodisée constitue une extrémité soit également anodisée sur une partie de son épaisseur. L'expression « comportant un » doit être comprise comme signifiant « comportant au moins un », sauf lorsque le contraire est spécifié. REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'une liaison thermiquement conductrice et électriquement isolante entre au moins un composant électronique (2) et un radiateur (5) en tout ou partie métallique, le composant électronique (2) et le radiateur (5) faisant partie d'un ensemble (1) comprenant en outre un circuit imprimé (4) disposé entre le composant électronique (2) et le radiateur (5), le circuit imprimé (4) comprenant au moins une couche métallique (8, 9) et un insert métallique (13), procédé dans lequel on anodise au moins une surface métallique (11, 12, 15, 16, 17) à travers laquelle la chaleur est dissipée du composant électronique (2) vers le radiateur (5), ladite surface métallique appartenant à l'un du composant électronique (2), du circuit imprimé (4) et du radiateur (5). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le composant électronique (2) comprend un boîtier ayant au moins une partie métallique, ledit boîtier reposant sur une surface de réception (11) du circuit imprimé (4) via ladite partie métallique, et dans lequel ladite partie métallique du boîtier est anodisée. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le radiateur (5) présente une surface (15) en contact avec le circuit imprimé (4) et dans lequel ladite surface (15) du radiateur (5) est anodisée. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit imprimé (4) comprend au moins deux couches métalliques (8, 9), la première couche métallique (8) étant interposée entre l'insert métallique (13) et le composant électronique (2) et la deuxième couche métallique (9) étant interposée entre l'insert métallique (13) et le radiateur (5). 5. Procédé selon les revendications 2 et 4, dans lequel la surface de réception (11) est définie par une face de la première couche métallique (8) en regard du composant électronique (2), ladite surface de réception (11) étant en tout ou partie anodisée. 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, dans lequel la face (12) de la deuxième couche métallique (9) en regard du radiateur (5) est en tout ou partie anodisée. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel l'insert métallique (13) présente une première face de contact (16) avec une surface de contact correspondante de la première couche métallique (8) et une deuxième face de contact (17) avec une surface de contact correspondante de la deuxième couche métallique (9), et dans lequel on anodise l'une au moins de :- ladite première face de contact (16), - ladite surface de contact correspondante de la première couche métallique (8), - ladite deuxième face de contact (17), et - ladite surface de contact correspondante de ladite deuxième couche métallique (9). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'insert métallique (13) présente une face de contact (16) avec le composant électronique (2) et dans lequel on anodise ladite face de contact (16) de l'insert (13). 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel le circuit imprimé (4) comprend une première (8) et une deuxième (9) couche métallique, et une couche en prépreg (10), une cavité traversante (20) étant ménagée à travers lesdites couches (8, 9, 10), la partie de ladite cavité (20) ménagée dans la deuxième couche métallique (9) étant comblée en tout ou partie par une résine (22). 10. Ensemble (1), comprenant : - au moins un composant électronique (2), - un radiateur (5) en tout ou partie métallique et, - un circuit imprimé (4) disposé entre le radiateur (5) et le composant électronique (2), ledit circuit imprimé (4) comprenant au moins une couche métallique (8, 9) et un insert métallique (13), l'un au moins du composant électronique (2), du circuit imprimé (4) et du radiateur (5) comprenant au moins une surface métallique (11, 12, 15, 16, 17) à travers laquelle la chaleur dissipée par le composant électronique (2) est transférée vers le radiateur (5), ladite surface métallique étant anodisée.