Brevet FR2999864A1 — publié le 20140620

DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT POUR CARTE DE CIRCUIT IMPRIME Le secteur technique de la présente invention est celui d'une carte de circuit imprimé électronique susceptible de dégager des calories et un dispositif de refroidissement dudit composant électronique. Une telle carte de circuit imprimé trouve son application notamment dans un dispositif de ventilation destiné à mettre en mouvement un flux d'air à l'intérieur d'une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation pour véhicule automobile. Généralement, dans une telle carte de circuit imprimé, le dispositif de refroidissement se présente sous la forme d'un radiateur, c'est-à-dire d'un élément rapporté sur la carte de circuit imprimé, dont la fonction est de dissiper les calories émises par les composants électroniques. Ce radiateur est plaqué sur une face de la carte de circuit imprimé, une pâte conductrice thermique étant interposée entre le radiateur et la face de la carte de circuit imprimé de manière à garantir une bonne conduction thermique entre ladite carte et le radiateur. La structure évoquée ci-dessus présente plusieurs inconvénients. En premier lieu, un tel radiateur est une pièce massive qui occupe une place importante, ce qui forme une contrainte qui limite les possibilités d'application de la carte de circuit imprimé, notamment en cas d'utilisation de la carte de circuit imprimé dans un volume confiné, comme c'est le cas par exemple pour un dispositif de ventilation dans une installation de installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation de véhicule automobile. Par ailleurs, le poids du dispositif de ventilation connu est également grevé par la présence de ce radiateur, celui-ci étant fabriqué en un alliage d'aluminium. Le radiateur est une pièce qui représente un coût non négligeable dans la fonction de ventilation et dont l'ajout nécessite la pose d'une pâte thermique, ce qui complexifie le procédé de fabrication de la carte de circuit imprimé. De plus, la présence de la pâte thermique dégrade les performances thermiques de dissipation thermique du radiateur mais est néanmoins nécessaire pour assurer la diffusion thermique entre les composants électroniques disposés sur la carte de circuit imprimé et le radiateur. Le but de la présente invention est de résoudre les inconvénients décrits ci-dessus. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de refroidissement pour une carte de circuit imprimé, comprenant une carte de circuit imprimé munie d'au moins une face ou première face et au moins un élément dissipateur thermique brasé sur ladite au moins une face du circuit imprimé, ledit au moins un élément dissipateur thermique étant apte à être disposé dans un flux de fluide réfrigérant. Par fluide réfrigérant, on entend tout fluide conducteur thermique et compatible avec le circuit imprimé. Il s'agit par exemple d'air. Ainsi, le dispositif de refroidissement selon l'invention permet une meilleure dissipation thermique grâce au contact physique direct de la brasure entre l'élément dissipateur thermique et la carte de circuit imprimé. De plus, l'élément dissipateur thermique étant brasé, il peut être solidarisé à la carte de circuit imprimé au cours d'une étape de brasage de la carte de circuit imprimé, ce qui assure que le dispositif de refroidissement selon l'invention est fabriqué et finalisé en même temps que la fabrication de la carte de circuit imprimé elle-même. Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite carte de circuit imprimé 20 comprend deux faces. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif de refroidissement comprend au moins un trou traversant ladite carte de circuit imprimé depuis l'une des deux faces à l'autre des deux faces, ledit au moins un moyen conducteur de 25 calories étant disposé en regard dudit au moins un trou traversant. Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit au moins un trou traversant comprend une surface interne recouverte d'une substance métallique. 30 Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif de refroidissement comprend une pluralité de trous traversant ladite carte de circuit imprimé. Cette pluralité de trous forme un drain thermique entre les calories présentes sur la première face et générées par un composant électronique, et le flux d'air qui lèche le moyen conducteur de calories. Selon une autre caractéristique de l'invention, la carte de circuit imprimé est munie d'un composant électronique. Selon une autre caractéristique de l'invention, un périmètre externe du composant électronique délimite une première emprise sur la première face, la pluralité de trous délimite une deuxième emprise sur la première face, la première emprise et la deuxième emprise étant séparées par une distance non nulle. En d'autres termes, le composant électronique n'est pas disposé au dessus du trou, le drain thermique entre ce composant électronique et le trou étant alors opéré par la piste électriquement conductrice qui chemine au moins entre ces deux éléments. Alternativement, la première emprise et la deuxième emprise se superposent au moins partiellement. Selon une autre caractéristique de l'invention, le au moins un élément dissipateur thermique comprend une tête formant butée d'appui contre la carte de circuit imprimé. L'invention concerne aussi un dispositif de ventilation d'une installation de ventilation d'un habitacle de véhicule automobile, comprenant une hélice génératrice d'un flux d'air et apte à être entraînée par un moteur électrique, comprenant une carte de circuit imprimé telle que détaillé ci-dessus. La carte de circuit imprimé forme un dispositif de commande apte à piloter le moteur électrique. Ce dispositif de commande est le moyen qui détermine la vitesse de rotation de l'hélice, en fonction de demandes émises par le véhicule automobile. Selon une possibilité offerte par l'invention, le moyen conducteur de calories est en contact direct avec la piste électriquement conductrice. De même, le dissipateur thermique est en contact direct avec ce moyen conducteur de calories. Par contact direct, on entend un contact physique entre les deux éléments, une solidarisation de ces éléments pouvant être réalisée au moyen d'une brasure. Un tout premier avantage selon l'invention réside dans la possibilité de concevoir une carte de circuit imprimé plus légère, plus compacte et moins coûteuse que celle de l'art antérieur, tout en garantissant une fiabilité compatible avec l'utilisation dans le secteur automobile en assurant une fonction de refroidissement des composants qui dissipent de la chaleur. Le drainage thermique est ainsi mieux assuré grâce à la présence du moyen conducteur de calories qui s'étend entre les deux faces de la carte. Une telle carte de circuit imprimé trouve une application particulière dans un dispositif de ventilation pour une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels : - la figure 1 est une vue partielle et en coupe d'une carte de circuit imprimé conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue partielle et en coupe illustrant une première variante de réalisation de la carte de circuit imprimé selon l'invention, - la figure 3 est une vue partielle et en coupe illustrant une deuxième variante de réalisation de la carte de circuit imprimé selon l'invention, - la figure 4 est une vue partielle et en coupe illustrant une troisième variante de réalisation de la carte de circuit imprimé selon l'invention, - la figure 5 est une vue schématique d'un dispositif de ventilation mettant en oeuvre une carte de circuit imprimé selon l'une quelconque des variantes évoquées ci-dessus. Il faut noter que les figures exposent l'invention de manière détaillée pour mettre en oeuvre l'invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l'invention, le cas échéant. La figure 1 illustre un exemple de réalisation d'un dispositif de refroidissement comprenant une carte de circuit 1 imprimé et conforme à l'invention. Celle-ci est représentée de manière partielle, mais forme une plaque qui s'étend dans un plan. Une telle carte de circuit imprimé est par exemple un composant d'un dispositif de commande d'un dispositif de ventilation chargé de mettre en mouvement un flux d'air à l'intérieur d'une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation. Ce dispositif de commande a pour fonction de piloter la vitesse de rotation d'une hélice constitutive du dispositif de ventilation, en contrôlant la tension ou le courant envoyé à un moteur électrique entraînant en rotation l'hélice. La carte de circuit imprimé 1 est formée par un substrat 10 électriquement isolant, sur lequel est ménagé une ou plusieurs pistes électriquement conductrices 2. Cette carte de circuit imprimé 1 comprend une première face 3 et une deuxième face 4 opposée à la première face par rapport au corps de la carte de circuit imprimé. Selon un exemple de réalisation, la carte de circuit imprimé 1 comprend au moins un trou 5, un tel trou étant traversant, c'est-à-dire débouchant dans la première face 3 et dans la deuxième face 4. La première face 3 de la carte de circuit imprimé 1 peut être porteuse de composants électroniques 11, en particulier de composants de puissance qui dissipent des calories et dont il est nécessaire d'assurer le refroidissement pour leur garantir un niveau de fiabilité compatible avec une application dans le domaine automobile. Ces composants qui dégagent des calories sont, par exemple, des transistors, notamment de type MOSFET, mais il peut également s'agir de condensateur ou de shunt. La première face 3 peut bien entendu recevoir d'autres composants électroniques qui participent par exemple à la mise en oeuvre du pilotage ou à la protection du moteur électrique. Le ou les trous 5 reçoivent un moyen conducteur de calories 6. Selon le mode réalisation de la figure 1, ce moyen conducteur de calories est réalisé par des via thermiques, préférentiellement remplis d'un matériau conducteur thermique. En d'autres termes, la paroi interne du substrat 10 qui borde le trou 5 est métallisée, de manière à former un drain thermique qui s'étend de la première face 3 à la deuxième face 4 de la carte de circuit imprimé 1. Selon une variante, la zone centrale du trou entourée par la partie métallisée 7 peut être libre, formant ainsi un espace. Selon une autre alternative, la zone centrale du trou peut être comblée par un matériau, par exemple du cuivre ou le matériau utilisé pour le brasage du composant électronique 11. Une extrémité des trous métallisés s'étend dans le plan de la deuxième face 4 et peut ainsi être léchée par un flux d'air. Dans les deux cas évoqués ci-dessus, la ou les parties métallisées 7 forment un drain thermique qui conduit les calories générées par le composant électronique vers le flux d'air, de manière à les dissiper directement ou indirectement dans celui-ci. Selon la représentation de la figure 1, le moyen conducteur de calories 6 est un ensemble de via thermiques formés par la partie métallisée 7 des trous 5, préférentiellement remplis d'un matériau conducteur thermique. La partie métallisée 7 du trou 5 est, par exemple, contenue dans l'épaisseur de la carte de circuit imprimé 1 et elle est raccordée du côté de la première face 3 à la piste conductrice 2 qui chemine sur la première face 3. Selon cette variante, le composant électronique 11 qui dégage des calories n'est pas installé directement au droit des trous 5. Au contraire, celui-ci est éloigné des trous et la piste électriquement conductrice 2 draine les calories en provenance du composant électronique 11 vers la ou les parties métallisées 7 des trous 5. On comprend ici qu'un périmètre externe du composant électronique 11 délimite sur la première face 3 une première emprise 12, alors que le trou ou la pluralité de trous 5, qui contient le moyen conducteur de calories 6, délimite une deuxième emprise 8 sur la première face 3, la première emprise 12 et la deuxième emprise 8 étant séparées par une distance non-nulle, référencée 13 sur la figure 1. La première emprise 12 est une aire de la première face 3 délimitée par une projection du composant électronique 11, perpendiculairement à un plan dans lequel s'inscrit la première face 3 de la carte de circuit imprimé 1. La deuxième emprise 8 est une aire de la première face 3 occupée par le trou 5. Dans le cas d'une pluralité de trous 5, la deuxième emprise 8 est délimitée par une périphérie entourant la pluralité de trous 18, mesurée dans le plan de la première face 3. A l'opposé de la piste électriquement conductrice 2, la partie métallisée 7 des trous 5 se termine dans le plan de la deuxième face 4, et un dissipateur thermique 9 est solidarisé sur la carte de circuit imprimé 1 par brasage. Le dissipateur thermique 9 est préférentiellement au moins en regard partiellement du moyen conducteur de calories 6. Un tel dissipateur thermique 9 débute à partir de la deuxième face 4 et se termine dans un canal dans lequel circule le flux d'air. Selon un exemple de réalisation non illustré, ce dissipateur thermique 9 est formé par un barreau 14 solidarisé par une brasure sur la deuxième face 4, par exemple au moins partiellement en regard du moyen conducteur de calories 6, c'est-à-dire au moins partiellement en regard de la deuxième emprise 8. Selon la figure 1, le dissipateur thermique 9 peut également comporter une embase 16 sur laquelle le barreau 14 est fixé. L'embase 16 est alors brasée par une brasure 15 contre la deuxième face 4, au niveau de l'extrémité des parties métallisées 7 ménagées dans les trous 5, Pour simplifier les figures 2 à 4, les parties métallisées 7 et les trous 5 ont été représentés de manière symbolique, par des bandes. Il est néanmoins clair que le contenu technique du mode de réalisation décrit ci-dessus et illustré à la figure 1 peut être transposé à l'un quelconque des modes de réalisation illustrés aux figures 2 à 4, en particulier à l'égard de la structure du moyen conducteur de calories 6. La figure 2 montre une première variante de l'invention proche de celle représentée à la figure 1. On détaillera ci-dessous les différences et on se reportera à la description de la figure 1 pour les éléments identiques. Une différence réside dans le positionnement du composant électronique 11 susceptible de dégager des calories. Alors que sur la figure 1, un tel composant est à distance du ou des trous, le composant électronique 11 est ici solidarisé, notamment par un brasage, sur la première face 3 au droit de la pluralité de trous 5, c'est-à-dire au droit du moyen conducteur de calories 6. Autrement dit, un périmètre externe du composant électronique 11 délimite la première emprise 12 sur la première face 3. Cette première emprise 12 superpose la deuxième emprise 8 délimitant la périphérie entourant la pluralité de trous 5. L'invention couvre le cas montré sur cette figure où la première emprise 12 est totalement superposée sur la deuxième emprise 8, cette dernière couvrant une aire plus importante que l'aire couverte par la première emprise. L'invention couvre également le cas où la première emprise 12 se superpose au moins partiellement avec la deuxième emprise 8. En d'autres termes, l'invention couvre la situation où le composant électronique 11 est entièrement disposé au dessus de la pluralité de trous 5, mais elle couvre également le cas où le composant électronique 11 chevauche seulement partiellement la pluralité de trous 5. La variante de cette figure comporte également un dissipateur thermique 9, par exemple, identique à celui de la figure 1. La deuxième variante de l'invention est représentée à la figure 3. La carte de circuit imprimé 1 reçoit un moyen conducteur de calories 6 identique à celui des figures 1 ou 2. En revanche, le dissipateur thermique 9 présente une forme différente. En effet, celui-ci traverse de part en part la carte de circuit imprimé 15, au niveau du moyen conducteur de calories 6, par exemple au centre de celui-ci. Le barreau 14 présente alors une première extrémité libre qui débouche dans le flux d'air et une seconde extrémité coiffée par une tête 17 formée de manière unitaire avec le barreau 14. La tête 17 forme un plat qui est solidarisé sur la première face 3 par une brasure 18 au droit du moyen conducteur de calories 6. La variante de la figure 4 est proche de celle la figure 3. On détaillera ci-après la différence et on se reportera à la description de la figure 3 pour les éléments identiques. La différence réside dans le mode de solidarisation du dissipateur thermique 9 sur le moyen conducteur de calories 6. Le dissipateur thermique 9 comprend le barreau 14 coiffé par la tête 17 identique à la variante de la figure 3. La tête 17 n'est pas brasée sur le moyen conducteur de calories 6 au niveau de la première face 3. Une brasure 15 est réalisée entre le barreau 14 et le moyen conducteur de calories 6 au niveau de la deuxième face 4 de la carte de circuit imprimé 1. Le dissipateur thermique 9 se trouve alors en appui par sa tête 17 sur une première extrémité du moyen conducteur de calories 6, et solidarisé à celui-ci par le biais de la brasure 15 réalisée au niveau de la deuxième face 4. La deuxième variante et la troisième variante de l'invention emploient un dissipateur thermique 9 qui présente une tête 17, cette dernière débordant, autrement dit dépassant, du plan de la première face 3 entre les composants électroniques solidarisés sur cette première face 3. La tête contribue à capter les calories générées par les composants électroniques pour les drainer vers le barreau 14 léché par le flux d'air. La carte de circuit imprimé 1 décrite dans les variantes ci-dessus peut comprendre une pluralité de trous 5 et/ou une pluralité de moyens conducteurs de calories 6 identiques et une pluralité de dissipateurs thermiques 9 identiques. Selon une autre variante, la carte de circuit imprimé 1 selon la présente invention peut comprendre une combinaison de moyens conducteurs de calories 6 et de dissipateurs thermiques 9 réalisés selon au moins deux variantes exposées 30 ci-dessus. On notera que le dissipateur thermique 9 selon l'une quelconque des variantes présentées ci-dessus est avantageusement réalisé en un alliage d'aluminium ou préférentiellement en cuivre. On notera également que, préférentiellement, la carte de circuit imprimé 1 est munie sous la deuxième face 4 et/ou sur la première face 3 d'un plan de cuivre de sorte à permettre le brasage de différents composants, et en particulier La figure 5 illustre un exemple d'application de la carte de circuit imprimé 1 selon l'invention dans un dispositif de ventilation 19. Un tel dispositif de ventilation comprend un support 20 à l'intérieur duquel est logé un moteur électrique 21. Le moteur électrique 21 entraîne en rotation une hélice 22 constituée d'un bol 23 représenté en pointillé sur cette figure. Ce bol forme un moyen d'entraînement de l'hélice, puisqu'un arbre du moteur est relié à ce bol 23. Un tel bol est par exemple plein, en ce sens que sa paroi est dépourvue d'ouverture. Selon une autre alternative, un tel bol 23 présente une pluralité d'ouvertures. A la périphérie d'un tel bol 23 s'étend une pluralité de pales 24 selon une direction parallèle à une direction d'extension de l'arbre du moteur. L'extrémité de chaque pale est jointe par un bandeau 25. Une telle hélice 22 forme ainsi une hélice en cage d'écureuil, autrement appelé turbine radiale. A l'opposé de l'hélice 22 par rapport au moteur électrique 21, on trouve le dispositif de commande 26 dont la fonction est de piloter la vitesse de rotation de l'hélice 22 en contrôlant la tension ou le courant envoyé au moteur électrique 21. Un tel dispositif de commande 26 est installé contre le support 20 de manière à pouvoir être exposé au flux d'air généré par l'hélice 22, le dispositif de commande étant recouvert par un capot 27 de manière limiter l'entrée de corps étranger dans la portion du dispositif de ventilation où est installé le dispositif de commande 26. Le support 20 comprend un évidement 28 dans lequel le flux d'air mis en mouvement par l'hélice 22 peut circuler, un tel flux d'air étant représenté de manière schématique par deux symboles référencés 29 et 30. Un tel évidement 28 est bordé latéralement par au moins une première paroi 31, et avantageusement par une seconde paroi 32, l'une et/ou l'autre de ces parois pouvant être solidaires de la carte de circuit imprimé 1. On comprend ainsi que le flux d'air 29, 30 est canalisé par le support 20 et au moins l'une et/ou l'autre des premier et deuxième parois référencées 31 et 32. Ce canal est également délimité par le dispositif de commande 26. De manière plus précise, ce canal est délimité par la carte de circuit imprimé 1 constitutive du dispositif de commande 26. La portion de la carte de circuit imprimé 1 qui ferme le canal de circulation du flux d'air 29, 30, en combinaison avec la première paroi 31 et la deuxième paroi 32, forme une partie de ladite carte dans laquelle sont ménagés le ou les trous 5, le ou les moyens conducteur de calories 6 et le ou les dissipateurs thermiques 9, tels que détaillés en référence aux figures 1 à 4. La deuxième face 4 de la carte de circuit imprimé 1 est partagée d'une part, en une partie 33 de carte de circuit imprimé 1 léchée par le flux d'air 29, 30 mis en circulation par l'hélice 22, et d'autre part, en une zone 34 non exposée au flux d'air généré par l'hélice 22. Le ou les moyens conducteurs de calories 6 et le ou les dissipateurs thermiques 9 sont ménagés dans la partie 33, et sont absents de la zone 34. Le partage entre la partie 33 de la carte de circuit imprimé 1 et la zone 34 de cette même carte est organisé par la première paroi 31, et avantageusement par la deuxième paroi 32. On comprend donc que la deuxième face 4 qui se trouve au droit de la partie 33 de la carte de circuit imprimé 1, qui comporte au moins moyen conducteur de calories 6 et un dissipateur thermique 9, est léchée par le flux d'air 29, 31, de manière à la refroidir et corrélativement, de manière à refroidir les composants électroniques 11 qui dégagent des calories. Une telle partie 33 de la carte de circuit imprimé 1 forme un support pour les pistes électriquement conductrices. En d'autres termes, une pluralité de pistes électriquement conductrices chemine sur la deuxième face 4 léchée par le flux d'air et elles sont arrangées de manière à limiter le risque de court-circuit entre deux pistes électriquement conductrices. Un tel agencement est, par exemple, une distance minimum séparant les pistes électriquement conductrices qui cheminent au niveau de la partie 33 léchée par le flux d'air. Selon un exemple de réalisation, une telle distance est par exemple de 1.5 mm minimum. Selon un exemple de réalisation, la zone 34 peut comprendre au moins un composant électronique 35 solidarisé sur la deuxième face 4 qui s'étend au niveau de la zone 34. Cette zone comprend encore une pluralité de pistes électriquement conductrices ne nécessitant pas d'agencement pour éviter les courts-circuits, puisque cette zone 34 est isolée du flux d'air 29, 30 en circulation, notamment grâce à la présence de la première paroi 31 qui est plaquer contre la deuxième face 4, par exemple, perpendiculairement au plan d'extension de la carte de circuit imprimé 1.15 REVENDICATIONS1. Dispositif de refroidissement pour une carte de circuit imprimé, comprenant une carte de circuit imprimé munie d'au moins une face ou première face et au moins un élément dissipateur thermique (9) brasé sur ladite au moins une face du circuit imprimé, ledit au moins un élément dissipateur thermique (9) étant apte à être disposé dans un flux de fluide réfrigérant. 2. Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, ladite carte de circuit 10 imprimé comprenant deux faces. 3. Dispositif de refroidissement selon la revendication 2, comprenant au moins un trou traversant ladite carte de circuit imprimé depuis l'une des deux faces à l'autre des deux faces, ledit un élément dissipateur thermique (9) étant 15 disposé en regard dudit au moins un trou traversant. 4. Dispositif de refroidissement selon la revendication 3, dans lequel ledit au moins un trou traversant comprend une surface interne recouverte d'une substance métallique. 20 5. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications 3 ou 4, comprenant une pluralité de trous traversant ladite carte de circuit imprimé. 6. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, 25 dans lequel la carte de circuit imprimé est munie d'un composant électronique (19). 7. Dispositif de refroidissement selon la revendication précédente prise dans son rattachement à la revendication 5, dans lequel un périmètre externe du 30 composant électronique (19) délimite une première emprise (30) sur la première face (16), la pluralité de trous (18) délimite une deuxième emprise (26) sur la première face (16), la première emprise (30) et la deuxième emprise (26) étant séparées par une distance non nulle. 8. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications 5 à 7, dans lequel un périmètre externe du composant électronique (19) délimite une première emprise (30) sur la première face (16), la pluralité de trous (18) délimite une deuxième emprise (26) sur la première face (16), la première emprise (30) et la deuxième emprise (26) se superposant au moins partiellement. 9. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le au moins un élément dissipateur thermique (9) comprend une tête o (31) formant butée d'appui contre la carte de circuit imprimé (15). 10. Dispositif de ventilation (19) d'une installation de ventilation d'un habitacle de véhicule automobile, comprenant une hélice (22) génératrice d'un flux d'air (29, 30) et apte à être entraînée par un moteur électrique (21), comprenant 15 une dispositif de refroidissement selon l'une quelconque des revendications précédentes.