Brevet FR3026226A1 — publié le 20160325

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à une plaque de circuit, notamment destinée à des appareils de commande et des entraînements électriques de véhicules automobiles. Etat de la technique Les plaques de circuit d'entraînements électriques ou d'appareils de commande équipant les véhicules automobiles sont soumises à des exigences de plus en plus strictes concernant leur élévation de température. Or, les puissances élevées, telles que celles demandées par les véhicules électriques nécessitent des tensions électriques et des intensités élevées et produisent de grandes pertes de puissance avec dégagement de chaleur qu'il faut évacuer du composant. Dans le cas de composants installés sur des plaques de circuit, ou respecter les exigences strictes concernant l'élévation de température, on utilise massivement des inserts en cuivre comprimés dans la plaque de circuit. Ces inserts en cuivre conduisent la chaleur dégagée par un composant à travers la plaque de circuit vers le radiateur au dos de la plaque de circuit. La liaison thermique entre le radiateur et l'insert en cuivre est réalisée par un matériau thermo- conducteur. En général, l'insert en cuivre doit être isolé vis-à-vis du corps conducteur. Selon l'état de la technique, on le fait par un choix approprié du matériau conducteur. Les plaques de circuit telles que celles décrites ci-dessus sont par exemple connues selon les documents DE 10 2004 036 960 Al, DE 103 29 267 Al. Les plaques de circuit selon l'état de la technique ne con- viennent que de façon très limitée pour les fortes puissances. C'est ainsi que la quantité de chaleur maximale que peut évacuer une plaque de circuit de structure habituelle reste très limitée. De plus, le domaine des matériaux thermo-conducteurs envisageables est fortement limité car le matériau conducteur doit en même temps assurer l'isolation élec- trique. C'est ainsi qu'en particulier, de tels matériaux thermoconducteurs disponibles sont très coûteux. Enfin, on risque un court-circuit car l'insert de cuivre est à un certain potentiel électrique. Cela peut se traduire par un court-circuit ou par un courant de fuite ou cou- rant rampant si la surface de l'insert en cuivre n'est pas couverte complètement avec le matériau thermo-conducteur. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a ainsi pour objet une plaque de circuit comportant au moins un corps de base et au moins un insert, au moins en partie dans le corps de base, l'insert ayant un premier élément thermo-conducteur, un second élément thermo-conducteur et un élément isolant entre le premier élément thermo-conducteur et le second élément thermo-conducteur, cet élément isolant assurant l'isolation électrique du premier élément thermo-conducteur par rapport au second élément thermo-conducteur. En d'autres termes, la plaque de circuit selon l'invention se compose d'un corps de base et d'un insert. Le corps de base est notamment un substrat en matière plastique et d'une manière particuliè- rement préférentielle, un substrat en une matière plastique renforcée par des fibres. L'insert est intégré au moins en partie dans le corps de base. Selon l'invention, l'insert comporte un premier élément thermoconducteur, un second élément thermo-conducteur et un élément isolant. L'élément isolant est disposé pour isoler le premier élément ther- mo-conducteur du second élément thermo-conducteur. Ainsi l'élément isolant se situe de préférence entre le premier et le second éléments thermo-conducteurs ce qui évite que le potentiel ne soit appliqué au second élément thermo-conducteur. En plus d'un meilleur refroidissement de ses composants, la plaque de circuit présente une très grande sécurité vis-à-vis des courts-circuits. De façon préférentielle, l'insert est un substrat métallique isolé. En variante, l'insert n'est qu'un insert métallique non isolé qui est laminé ou collé sur la plaque métallique. Une couche d'isolation électrique est interposée entre la plaque métallique et l'insert métallique non isolé. Il est en outre prévu de manière préférentielle que la plaque de circuit présente une surface pour des composants. La surface de composants reçoit notamment les composants électriques. La surface est de préférence constituée par une première surface du corps de base et/ou par une surface du premier élément thermo-conducteur. De manière particulièrement préférentielle, la première surface du corps de base et celle du premier élément thermo-conducteur constituent une surface continue. De façon particulièrement avantageuse, la plaque de cir- cuit a une surface de refroidissement. La surface de refroidissement permet d'évacuer la chaleur des composants installés sur la plaque de circuit, la surface de refroidissement pouvant en outre être munie d'un radiateur. La surface de refroidissement est constituée par la seconde face du corps de base et/ou par celle du second élément thermo- conducteur. Il est particulièrement avantageux que la surface de refroi- dissement soit formée uniquement par la surface du second élément thermo-conducteur. Ainsi, il est particulièrement avantageux que la surface du second élément thermo-conducteur soit relevée par rapport à la seconde surface du corps de base. D'une manière particulièrement préférentielle, la surface de refroidissement comporte un matériau thermo-conducteur. Ce matériau est appliqué notamment sur la surface de refroidissement, ce qui réalise la surface de refroidissement de façon idéale pour recevoir un organe de refroidissement car la liaison thermique optimale entre corps de refroidissement et la surface de refroidissement sera garantie par le matériau thermo-conducteur. Ainsi, même des composants exposés à des tensions élevées et/ou des intensités fortes pourront être refroidis par la plaque de circuit. Selon un développement avantageux de l'invention, l'épaisseur du corps de base est égale à celle du premier élément ther- mo-conducteur. Ainsi, en particulier, le premier élément thermoconducteur se trouve dans le corps de base. Le second élément thermoconducteur et l'élément isolant sont avantageusement prévus sur le premier élément thermo-conducteur. Il est prévu d'une manière particu- lièrement préférentielle que le second élément thermo-conducteur et l'élément isolant se trouvent sur le premier élément thermo-conducteur et le corps de base. Ainsi, le second élément thermo-isolant et l'élément d'isolation sont sur la surface formée par le corps de base et le premier élément thermo-conducteur. De façon préférentielle, l'insert est pressé dans le corps de base. En variante, l'insert est intégré dans un évidement du corps de base. L'évidement est notamment une partie fraisée ou un perçage et cet évidement traverse d'une manière particulièrement avantageuse, toute l'épaisseur du corps de base. Selon un développement avantageux, le second élément thermo-conducteur se trouve dans le corps de base et ses dimensions, en particulier sa longueur et/ou sa largeur sont inférieures aux dimensions correspondantes du premier élément thermo-conducteur. En par- ticulier, les dimensions du second élément thermo-conducteur sont inférieures aux dimensions correspondantes de l'élément d'isolation. De façon préférentielle, le premier élément thermoconducteur est plus épais que le second élément thermo-conducteur si bien que la chaleur sera mieux étalée et mieux stockée, ce qui garantit une meilleure performance thermique, c'est-à-dire que cela permet une plus forte élévation de température. Selon un développement avantageux, le premier élément thermo-conducteur et/ou le second élément thermo-conducteur sont en cuivre ou en aluminium. Les deux matériaux ont une conductibilité thermique optimale et servent ainsi d'une façon particulièrement avan- tageuse à réchauffer les composants. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation de plaques de circuit re- présentées dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une représentation schématique en coupe d'un premier mode de réalisation d'une plaque de circuit selon l'invention, la figure 2 est une vue en coupe schématique d'un second exemple de réalisation d'une plaque de circuit selon l'invention, la figure 3 est une vue en coupe schématique d'un troisième exemple de réalisation d'une plaque de circuit selon l'invention et la figure 4 est une représentation schématique d'un quatrième exemple de réalisation d'une plaque de circuit selon l'invention.35 Description de modes de réalisation La figure 1 est une vue en coupe très schématique d'une plaque de circuit 1 selon un premier exemple de réalisation de l'invention. La plaque de circuit 1 comporte un corps de base 2 et un insert 3. L'insert 3 se trouve complètement intégré dans le corps de base 2. L'insert 3 se compose d'un premier élément thermo- conducteur 4 et d'un second élément thermo-conducteur 5. Un élément d'isolation est prévu entre le premier élément thermo-conducteur 4 et le second élément thermo-conducteur 5. L'élément d'isolation 6 isole élec- triquement le premier élément thermo-conducteur 4 par rapport au second élément thermo-conducteur 5. En particulier, le premier élément thermo-conducteur 4 et le second élément thermo-conducteur 5 sont fabriqués en cuivre ou en aluminium. Le premier élément thermo-conducteur 4 est plus épais que le second élément thermo-conducteur 5. Cela permet notamment de mieux étaler la chaleur et de la stocker assurant une élévation optimale de la température du composant installé sur la plaque de circuit 1. En variante, le premier élément thermo-conducteur 4 peut être moins épais ou de même épaisseur que le second élément thermo-conducteur 5. L'insert 3 est notamment enfoncé dans le corps de base 2. La plaque de circuit 1 a une face 7 pour les composants et une face de refroidissement 10. La face 7 porte les composants, notamment des composants électriques, ce qui permet de réaliser un ap- pareil de commande sur la plaque de circuit 1. La face de composant 7 est formée par la première face 8 du corps de base 2 et par la face 9 du premier élément thermo-conducteur 4. Ainsi, la face des composants 7 est de préférence une face plane, continue formée de la première face 8 du corps de base 2 et de la face 9 du premier élément thermo- conducteur 4. Les composants électriques sont installés notamment sur le premier élément thermo-conducteur 4. La face de refroidissement 10 permet d'évacuer la chaleur des composants installés sur la face 7 de la plaque de circuit 1. La face de refroidissement 10 du premier exemple de réalisation est composée d'une seconde face 11 du corps de base 2 et de la face 12 du second élément thermo-conducteur 5. De façon analogue à la face 7, dans le premier exemple de réalisation, la face de refroidissement 10 est une surface continue plane. La face 12 du second élément thermoconducteur 5 est appliquée de préférence contre un radiateur. Le radia- teur est relié notamment par un matériau thermo-conducteur à la face 12 du second élément thermo-conducteur 5. Un tel matériau thermoconducteur est par exemple une pâte thermo-conductrice, un film thermo-conducteur ou un adhésif thermo-conducteur. Selon une variante particulièrement préférentielle, la plaque de circuit 1 permet de souder directement le radiateur à la face 12 du second élément thermo- conducteur 5. Comme l'élément d'isolation 6 garantit l'isolation électrique entre le premier élément thermo-conducteur 4 et le second élément thermo-conducteur 5, cela permet de souder directement le radiateur sur la face 12 du second élément thermo-conducteur 5. L'élément d'isolation 6 exclut tout risque de court-circuit. En même temps, le soudage direct permet une transmission optimale de la chaleur entre le second élément thermo-conducteur 6 et le radiateur. La figure 2 montre schématiquement un second exemple de réalisation d'une plaque de circuit 1 selon l'invention. Dans cette fi- gure on a utilisé les mêmes éléments qu'à la figure 1 pour désigner des composants identiques ou de même fonction que dans le premier exemple de réalisation. La seule différence entre le premier exemple de réalisation et le second exemple de réalisation se situe dans les dimensions du second élément thermo-conducteur 5. Dans le second exemple de réalisation, le second élément thermo-conducteur 5 a une dimension inférieure à celle du premier élément thermo-conducteur 4. En particulier, la largeur du second élément thermo-conducteur 5 est inférieure à la largeur du premier élément thermo-conducteur 4. Si l'insert 3 est pressé dans le corps de base 2, la face de refroidissement 10 reste une surface plane, continue composée de la seconde face 11 du corps de base 2 et de la face 12 du second élément de refroidissement 5. Si l'insert 3 devait être placé dans un évidement réalisé au préalable dans le corps de base 2, le second élément thermo-conducteur 5 ne doit pas toucher le corps de base 2. La figure 3 montre un troisième exemple de réalisation de la plaque de circuit 1 selon l'invention. Dans ce cas également on a utilisé les mêmes références pour désigner les composants identiques ou de même fonction que dans le premier et le second exemples de réalisa- tion. A la différence du premier et du second exemples de réalisation, le premier élément thermo-conducteur 4 a une épaisseur égale ou pratiquement égale à celle du corps de base 2. Ainsi, l'insert se trouve en partie dans le corps de base 2. Seul le premier élément ther- mo-conducteur 4 se trouve dans le corps de base 2. Le second élément thermo-conducteur 5 et la couche d'isolation 6 sont appliqués sur le premier élément thermo-conducteur 4. Dans le troisième exemple de réalisation, le second élément thermo-conducteur 5 et l'élément d'isolation 6 sont appliqués en plus sur la seconde face 11 du corps de base 2. La face de refroidissement 10 de la plaque de circuit 1 du troisième exemple de réalisation est ainsi formée exclusivement par la face 12 du second élément thermo-conducteur 5. La face 12 du second élément thermo-conducteur 5 porte un radiateur ou encore la face 12 de l'élément thermo-conducteur 5 sert de radiateur pour un composant électrique installé sur la face des composants 7 de la plaque de circuit 1. Comme la largeur du second élément thermo-conducteur 5 est supérieure à celle du premier élément thermo-conducteur 4, la plaque de circuit 1 du troisième exemple de réalisation a une très grande face de refroidissement 10 permettant d'évacuer la chaleur de composants ins- tallés sur la face 7 de la plaque de circuit 1. La figure 4 montre un quatrième exemple de réalisation de la plaque de circuit 1. Dans ce cas également on a utilisé les mêmes références pour désigner les mêmes éléments ou les éléments de même fonction que dans le premier et le second et le troisième exemples de réalisation. Dans le quatrième exemple de réalisation, la plaque de circuit 1 a deux premiers éléments thermo-conducteurs 4 pressés dans le corps de base 2. Pour le reste, la structure de la plaque de circuit 1 du quatrième exemple de réalisation est identique à celle du troisième exemple de réalisation. Seul l'élément d'isolation 6 et le second élément thermo-conducteur 5, à la différence du troisième exemple de réalisation, sont installés pour être en contact avec les deux premiers éléments thermo-conducteurs 4. Ainsi, en particulier, on aura deux composants électriques différents sur la face supérieure 9 du premier élément ther- mo-conducteur 4, les deux composants électriques étant refroidis par une même face de refroidissement 10, commune. La face de refroidissement 10, commune est formée dans ce cas également par la face 12 du second élément thermo-conducteur 5. Dans le troisième exemple de réalisation et dans le qua- trième exemple de réalisation on peut presser tout d'abord des inserts métalliques non isolés dans le corps de base 2 pour former ainsi le premier élément thermo-conducteur 4. Ensuite, on applique le second élément thermo-conducteur 5 avec une feuille d'isolation électrique ou avec un adhésif électro-isolant comme élément d'isolation 6 selon le premier élément thermo-conducteur 4. De plus, dans tous les exemples de réalisation on peut intervertir la face de refroidissement 10 et la face des composants 7. Les figures et les modes de réalisation de l'invention mon- trent ainsi que la plaque de circuit 1 selon l'invention peut servir avan- tageusement à réchauffer les composants, notamment les composants électriques exposés à de fortes tensions électriques et/ou des courants électriques forts. La plaque de circuit 1 selon l'invention convient de manière optimale pour une utilisation dans les appareils de commande et les entraînements électriques de véhicules automobiles.25 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Plaque de circuit 2 Corps de base 3 Insert 4 Premier élément thermo-conducteur 5 Second élément thermo-conducteur 6 Elément d'isolation 7 Face des composants 8 Première face du corps de base 9 Face du premier élément thermo-conducteur 10 Face de refroidissement 11 Seconde face du corps de base 12 Face supérieure du second élément thermo-conducteur15 REVENDICATIONS1°) Plaque de circuit (1) comportant au moins un corps de base (2) et au moins un insert (3), au moins en partie dans le corps de base (2), l'insert (3) ayant un premier élément thermo-conducteur (4), un second élément thermo-conducteur (5), et un élément isolant (6) entre le premier élément thermo-conducteur (4) et le second élément thermo-conducteur (5), cet élément isolant assurant l'isolation électrique du premier élément thermo- conducteur (4) par rapport au second élément thermo- conducteur (5). 2°) Plaque de circuit (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'insert (3) est un substrat métallique isolé. 3°) Plaque de circuit (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face de composant (7) de la plaque de circuit (1) est formée par la première face (8) du corps de base (2) et/ou par la face (9) du premier élément thermo-conducteur (4). 4°)Plaque de circuit (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face de refroidissement (10) de la plaque de circuit (1) est formée par la seconde face (11) du corps de base (2) et/ou par la face (12) du second élément thermo-conducteur (5). 5°) Plaque de circuit (1) selon la revendication 4, caractérisé par un matériau thermo-conducteur appliqué sur la face de refroidissement (10). 6°) Plaque de circuit (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce quel'épaisseur du corps de base (2) est égale à celle du premier élément thermo-conducteur (4), le second élément thermo-conducteur (5) et/ou l'élément d'isolation (6) étant appliqués sur le premier élément thermoconducteur (4). 7°) Plaque de circuit (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'insert (3) est pressé dans le corps de base (2). 8°) Plaque de circuit (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second élément thermo-conducteur (5) est dans le corps de base (2) et sa longueur et/ou sa largeur sont inférieures à celles du premier élément thermo-conducteur (6). 9°) Plaque de circuit (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément thermo-conducteur (4) est plus épais que le second élément thermo-conducteur (5). 10°) Plaque de circuit (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément thermo-conducteur (4) et/ou le second élément thermo-conducteur (5) sont fabriqués en cuivre ou en aluminium. 25