Brevet FR3065114A1 — publié le 20181012

Dispositif électrique et procédé d'assemblage du dispositif électrique L'invention a pour objet un dispositif électrique, notamment pour un convertisseur de tension, et un procédé d'assemblage d'un tel dispositif électrique. En général, un moteur électrique, notamment pour véhicule automobile, comprend un convertisseur de tension comprenant une unité électronique sur laquelle sont disposés des composants électroniques. Lors de leur fonctionnement, les composants électroniques dégagent de la chaleur qu'il est nécessaire d'évacuer. Une interface thermique entre les composants électroniques et le support de l'unité électronique permet d'évacuer les calories générées par les composants électroniques et ainsi de gérer la température au sein du convertisseur de tension. Il est connu un convertisseur de tension, dans lequel les composants électroniques sont soudés, par exemple brasés, sur l'unité électronique, qui est disposée sur un dissipateur thermique. De plus, l'unité électronique comprend généralement des inserts métalliques, par exemple en cuivre, afm d'augmenter la surface permettant un contact électrique entre chaque composant électronique et le dissipateur thermique. Cependant, cette solution technique ne permet pas une évacuation efficace de la chaleur générée par les composants électroniques. En outre, un tel convertisseur de tension présente une résistance thermique importante à l'interface entre les composants électroniques et l'unité électronique, et par conséquent entre les composants électroniques et le dissipateur thermique. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif électrique présentant une interface thermique optimisée pour l'évacuation de la chaleur générée par les composants électroniques du dispositif électrique, sans augmenter le coût ou les dimensions du dispositif électrique. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif électrique, notamment pour un convertisseur de tension, le dispositif électrique comprenant : - une unité électronique comprenant au moins un orifice traversant, - un composant électronique supporté par l'unité électronique, au moins une partie d'une face du composant électronique, dite face de contact, étant agencée en vis-à-vis du au moins un orifice traversant de l'unité électronique, - une pièce formant un drain thermique, réalisée en matériau conducteur thermiquement, la pièce comprenant une portion en relief, 3065114 2 dans lequel la portion en relief de la pièce coopère avec l'orifice traversant de l'unité électronique de sorte que la portion en relief de la pièce est en contact avec la face de contact du composant électronique. Avantageusement, le dispositif électrique selon l'invention permet une évacuation 5 efficace de la chaleur générée par le composant électronique. En effet, la résistance thermique à l'interface entre le composant électronique et la pièce est réduite par rapport aux dispositifs électriques selon l'art antérieur. De ce fait, le dispositif électrique selon l'invention présente une interface thermique optimisée par rapport aux dispositifs électriques selon l'art antérieur. 10 En outre, la coopération de la portion en relief de la pièce avec l'orifice traversant de l'unité électronique permet d'obtenir un dispositif électrique présentant une forte intégration des composants électroniques, et notamment des composants électroniques de puissance élevée, sans augmentation des dimensions du dispositif électrique. De façon avantageuse, la portion en relief de la pièce coopérant avec l'orifice 15 traversant de l'unité électronique permet de garantir une surface de contact minimum entre le composant électronique et la pièce, et ainsi de réduire l'échauffement du composant électronique. De plus, le dispositif électrique selon l'invention permet une réduction des coûts de production d'un tel dispositif électrique, notamment grâce à une réduction du coût des 20 composants électroniques, dû à l'amélioration de l'évacuation de la chaleur au sein du dispositif électrique. Le dispositif électrique selon l'invention peut également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons possibles : 25 - au moins 20%, et préférentiellement au moins 40%, de la face de contact du composant électronique est agencée en vis-à-vis du au moins un orifice traversant de l'unité électronique ; et/ou - la portion en relief de la pièce est en contact avec au moins 20%, et préférentiellement au moins 40%, de la face de contact du composant 30 électronique ; et/ou - la face de contact du composant électronique comprend une surface conductrice électriquement ; et/ou la pièce supporte l'unité électronique ; et/ou 3065114 3 - une paroi délimite l'orifice traversant de l'unité électronique, et dans lequel la paroi délimitant l'orifice traversant de l'unité électronique comprend un matériau conducteur électriquement. Avantageusement, la portion en relief de la pièce en contact avec au moins 20% de 5 la face de contact du composant électronique permet de garantir une surface de contact minimum entre le composant électronique et la pièce, et ainsi de réduire l'échauffement du composant électronique. La pièce peut être monobloc. Autrement dit, la portion en relief et le reste de la pièce sont alors monobloc. 10 Dans tout ce qui précède, le contact entre la portion en relief de la pièce et la face de contact du composant électronique peut être direct, c'est-à-dire sans pièce additionnelle interposée. En variante, une couche intermédiaire réalisée en un matériau conducteur thermiquement peut être disposée entre la portion en relief de la pièce et la face de contact du composant électronique. Le matériau conducteur thermiquement peut 15 être une graisse thermique ou une pâte thermique. Le matériau conducteur thermiquement peut avoir une épaisseur comprise entre 100 gm et 450 gm, de préférence entre 150 µm et 400 itm. L'invention se rapporte également à un procédé d'assemblage d'un dispositif électrique tel que défmi précédemment, le procédé comprenant : 20 - une étape de fourniture d'une unité électronique, d'un composant électronique et d'une pièce, dans laquelle une unité électronique comprenant au moins un orifice traversant, un composant électronique comprenant une face, dite face de contact, et une pièce, formant -un drain thermique, réalisée en matériau conducteur thermiquement et comprenant une portion en relief destinée à coopérer avec 25 l'orifice traversant de l'unité électronique sont fournis, - une étape d'assemblage du composant électronique sur l'unité électronique, dans laquelle le composant électronique et l'unité électronique sont assemblés de sorte qu'au moins une partie de la face de contact du composant électronique soit agencée en vis-à-vis du au moins un orifice traversant de l'unité électronique, 30 - une étape d'assemblage, dans laquelle l'unité électronique et la pièce sont assemblés de sorte que la portion en relief de la pièce coopère avec l'orifice traversant de l'unité électronique de sorte que la portion en relief de la pièce est en contact avec la face de contact du composant électronique. 3065114 4 L'invention a également pour objet un convertisseur de tension, notamment destiné à être intégré dans un véhicule automobile, comprenant un dispositif électrique selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront à la 5 lecture de la description détaillée de modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs et illustrés, accompagnée des figures suivantes : - la figure 1 est une vue schématique, éclatée, et en coupe d'un dispositif électrique selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue schématique en coupe du dispositif électronique selon un 10 mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est une vue de dessus d'une unité électronique et d'un composant électronique d'un dispositif électrique selon un mode de réalisation de l' invention, - la figure 4 est une vue schématique de dessus d'un dispositif électrique selon un 15 mode de réalisation de l'invention, et - la figure 5 représente un organigramme d'un procédé d'assemblage d'un dispositif électrique selon un mode de réalisation de l'invention. Il est à noter que ces dessins n'ont d'autre but que d'illustrer le texte de la description et ne constituent en aucune sorte une limitation de la portée de l'invention. 20 Sur les différentes figures, les éléments analogues sont désignés par des références identiques. L'invention concerne un convertisseur de tension, notamment destiné à être intégré dans un véhicule automobile, comprenant un dispositif électrique. Le convertisseur de tension peut être un onduleur. 25 Un mode de réalisation d'un dispositif électrique selon l'invention est représenté sur les figures 1 et 2. Le dispositif électrique 10 comprend une unité électronique 20, par exemple une carte électronique. L'unité électronique 20 comprend au moins un orifice traversant 22. De préférence, l'unité électronique 20 peut comprendre une pluralité d'orifices 30 traversants. L'orifice traversant 22 peut avoir une forme générale cylindrique, à base circulaire ou à base polygonale. L'orifice traversant 22 peut présenter toute forme de section, et notamment une section circulaire, comme représenté sur les figures 3 et 4. Les orifices traversants 22 peuvent avoir la même forme générale ou des formes générales 3065114 5 différentes. Les orifices traversants 22 peuvent présenter des sections identiques ou des sections différentes. L'unité électronique peut avoir une forme sensiblement plane comprenant une face supérieure 24 et une face inférieure 26, l'orifice traversant 22 comprenant une extrémité 5 sur la face inférieure 24 de l'unité électronique et une autre extrémité sur la face supérieure 26 de la carte électronique, comme représenté sur la figure 1. Le dispositif électrique 10 comprend au moins un composant électronique 30. Le dispositif électrique 10 peut comprendre une pluralité de composants électroniques. Le composant électronique peut être un module électronique de puissance, par exemple un 10 transistor à effet de champ à grille Métal/Oxyde/Semi-conducteur (« MOSFET »), ou un microcontrôleur. Le composant électronique 30 est supporté par l'unité électronique 20, comme représenté sur la figure 2. Le composant électronique 30 comprend une face 32, dite face de contact, agencée 15 en vis-à-vis de l'unité électronique 20. Au moins une partie de la face 32 du composant électronique 30 est agencée en vis-à-vis de l'orifice traversant 22 de l'unité électronique 20, comme représenté sur la figure 2. De préférence, la face de contact du composant électronique est plane. La face 32 de contact du composant électronique 30 peut comprendre une surface 20 conductrice électriquement, par exemple une surface en cuivre. Le dispositif électrique 10 comprend une pièce 40 formant un drain thermique. Autrement dit, la pièce peut permettre d'évacuer de la chaleur. Plus précisément, la pièce 40 est réalisée en matériau conducteur thermiquement. La pièce 40 peut supporter l'unité électronique 20. Autrement dit, la pièce 40 peut 25 former un support de l'unité électronique 20. La pièce 40 comprend au moins une portion en relief 42, notamment une pluralité de portions en relief 42. De préférence, la pièce 40 comprend autant de portions en relief 42 que l'unité électronique 20 comprend d'orifice traversant 22. La portion en relief 42 peut être réalisée en matériau métallique, par exemple en 30 aluminium, ou en résine conductrice thermiquement. Dans l'exemple représenté, la portion en relief 42 est réalisée de façon monobloc avec le reste de la pièce 40. La portion en relief 42 peut avoir une forme générale cylindrique, à base circulaire ou à base polygonale. La portion en relief 42 peut présenter toute forme de section, et notamment une section circulaire, comme représenté sur la figure 4. La pluralité de 3065114 6 portions en relief 42 peut avoir la même forme générale ou des formes générales différentes. La pluralité de portions en relief 42 peut présenter des sections identiques ou des sections différentes. De préférence, la portion en relief 42 de la pièce 40 a une forme générale 5 sensiblement complémentaire de la forme générale de l'orifice traversant 22 de l'unité électronique 20. En particulier, la portion en relief 42 de la pièce 40 coopère avec l'orifice traversant 22 de l'unité électronique 20 de sorte que la portion en relief 42 de la pièce 40 est en contact avec la face 32 de contact du composant électronique 30. Autrement dit, la 10 portion en relief 42 de la pièce 40 est insérée dans l'orifice traversant 22 de l'unité électronique 20. Avantageusement, le dispositif électrique selon l'invention permet une évacuation efficace de la chaleur générée par le composant électronique, et notamment par la face du composant électronique agencée en vis-à-vis du support du composant électronique, 15 grâce à une réduction de la résistance thermique à l'interface entre le composant électronique et la pièce. En effet, la pièce étant réalisée en matériau conducteur thermiquement, la chaleur générée par le composant électronique peut être évacuée directement dans la portion en relief de la pièce. Au moins 20% de la face 32 de contact du composant électronique peut être 20 agencée en vis-à-vis de l'orifice traversant 22 de l'unité électronique 20. Par exemple, la figure 3 représente une vue schématique de dessus de la carte électronique 20 et de l'orifice traversant 22. La face 32 de contact du composant électronique est représentée en pointillés sur la figure 3. Préférentiellement au moins 40% de la face 32 de contact du composant 25 électronique peut être agencée en vis-à-vis de l'orifice traversant 22 de l'unité électronique 20. La portion en relief 42 de la pièce 40 peut être en contact avec au moins 20% de la face 32 de contact du composant électronique. Par exemple, la figure 4 représente une vue schématique de dessus du dispositif électrique 10. La face 32 de contact du 30 composant électronique est représentée en pointillés sur la figure 4. Préférentiellement la portion en relief 42 de la pièce 40 peut être en contact avec au moins 40% de la face 32 de contact du composant électronique. Avantageusement, la portion en relief de la pièce en contact avec au moins 20% de la face de contact du composant électronique permet de garantir une surface de contact 3065114 7 minimum entre le composant électronique et la pièce, et ainsi de réduire l'échauffement du composant électronique. En effet, une section métallique, par exemple de cuivre, suffisante entre la face de contact du composant électronique et la portion en relief de la pièce permet d'éviter un échauffement supplémentaire. 5 Comme représenté sur les figures 3 et 4, la périphérie de la face 32 de contact du composant électronique 30 peut être distante de l'orifice traversant 22 de l'unité électronique 20. Plus précisément, l'orifice traversant 22 de l'unité électronique 20 peut être agencé de façon sensiblement centrée par rapport à la face 32 de contact du composant électronique 30. 10 Comme représenté sur la figure 2, l'unité électronique 20 peut comprendre un matériau conducteur thermiquement 50 agencé entre la face 32 de contact du composant électronique 30 et la portion en relief 42 de la pièce 40. Le matériau conducteur thermiquement peut être une graisse thermique ou une pâte thermique. Le matériau conducteur thermiquement peut avoir une épaisseur comprise entre 100 Inn et 450 itm, 15 de préférence entre 150 itm et 400 p.m. Le matériau conducteur électriquement permet de réaliser une interface thermique entre la face 32 de contact du composant électronique 30 et la portion en relief 42 de la pièce 40. La portion en relief 42 de la pièce 40 peut être en contact direct avec le composant électronique 30 ou en contact indirect avec le composant électronique 30, comme 20 représenté sur la figure 2. Autrement dit, un contact indirect entre la portion en relief 42 de la pièce 40 et le composant électronique 30 peut correspondre à la présence d'une interface thermique entre la face 32 de contact du composant électronique 30 et la portion en relief 42 de la pièce 40. Par exemple sur la figure 2, le contact indirect est dû à la présence du matériau conducteur thermiquement 50. 25 Comme représenté sur la figure 2, un matériau conducteur thermiquement 50 peut être agencé entre la face inférieure 26 de l'unité électronique 20 et la pièce 40. L'orifice traversant 22 de l'unité électronique 20 peut être délimité par une paroi. La paroi délimitant l'orifice traversant 22 de l'unité électronique 20 peut comprendre un matériau conducteur électriquement. 30 Avantageusement, la paroi délimitant l'orifice traversant de l'unité électronique comprenant un matériau conducteur électriquement permet une meilleure dissipation de la chaleur générée par le composant électronique. Comme représenté sur la figure 2, un matériau conducteur thermiquement 50 peut être agencé entre la paroi délimitant l'orifice traversant 22 de l'unité électronique 20 et la 3065114 8 portion en relief 42 de la pièce 40. De préférence, la paroi de l'orifice traversant est directement en contact avec la portion en relief de la pièce. Le composant électronique 30 peut être soudé sur l'unité électronique 20, comme représenté sur la figure 2. 5 En particulier, la paroi de l'orifice traversant 22 de l'unité électronique 20 peut être connectée électriquement à la face 32 de contact du composant électronique 30. L'unité électronique 20 peut comprendre une piste conductrice électriquement 28, comme représentée sur la figure 2. L'unité électronique peut comprendre une pluralité de pistes conductrices électriquement. 10 Le composant électronique 30 peut être connecté électriquement à la piste conductrice électriquement 28 de l'unité électronique 20. De préférence, afm de garantir un contact électrique entre le composant électronique et la piste conductrice électriquement de l'unité électronique, la surface de la face de contact du composant électronique est supérieure à la surface de la portion en 15 relief de la pièce en contact avec la face de contact du composant électronique. Au moins 20% de la face 32 de contact du composant électronique peut être agencée en vis-à-vis de la piste conductrice électriquement 28 de l'unité électronique 20. Préférentiellement au moins 40% de la face 32 de contact du composant électronique peut être agencée en vis-à-vis de la piste conductrice électriquement 28 de 20 l'unité électronique 20. En particulier, l'agencement de la face de contact du composant électronique entre la portion en relief de la pièce et la piste conductrice électriquement de l'unité électronique est équilibré entre le besoin de dissipation de la chaleur générée par le composant électronique et la densité de courant nécessaire pour un fonctionnement 25 correct du dispositif électrique. Autrement dit, au moins 40% de la surface de la face de contact du composant électronique agencée en vis-à-vis de la portion en relief de la pièce et au moins 40% de la surface de la face de contact du composant électronique agencée en vis-à-vis de la piste conductrice électriquement de l'unité électronique permet d'avoir un équilibre entre la dissipation thermique et la densité de courant au sein du dispositif 30 électrique. L'invention concerne également un procédé d'assemblage d'un dispositif électrique tel que décrit précédemment. Les étapes d'un procédé d'assemblage selon un mode de réalisation de l'invention sont représentées sur la figure 5. 3065114 9 Le procédé comprend une étape de fourniture (Si) d'une unité électronique, d'un composant électronique et d'une pièce. Pendant l'étape de fourniture (51), une unité électronique comprenant au moins un orifice traversant et un composant électronique comprenant une face, dite face de 5 contact, sont fournis. Pendant l'étape de fourniture (S 1), une pièce, formant un drain thermique, réalisée en matériau conducteur thermiquement et comprenant une portion en relief destinée à coopérer avec l'orifice traversant de l'unité électronique est fournie. Le procédé comprend une étape d'assemblage (S2) du composant électronique sur l'unité électronique. Pendant l'étape d'assemblage (S2), le composant électronique et 10 l'unité électronique sont assemblés de sorte qu'au moins une partie de la face de contact du composant électronique soit agencée en vis-à-vis du au moins un orifice traversant de l'unité électronique. Le procédé comprend une étape d'assemblage (S3), dans laquelle l'unité électronique et la pièce sont assemblés de sorte que la portion en relief de la pièce 15 coopère avec l'orifice traversant de l'unité électronique de sorte que la portion en relief de la pièce est en contact avec la face de contact du composant électronique. Le dispositif électrique selon l'invention a été décrit dans le cadre d'un convertisseur de tension pour véhicule automobile. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés, qui n'ont été donnés qu'à 20 titre d'exemples. Au contraire, d'autres applications du dispositif électrique conforme à l'invention sont également possibles sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Dispositif électrique (10), notamment pour un convertisseur de tension, le dispositif électrique (10) comprenant : - une unité électronique (20) comprenant au moins un orifice traversant (22), - un composant électronique (30) supporté par l'unité électronique (20), au moins une partie d'une face (32) du composant électronique, dite face de contact, étant agencée en vis-à-vis du au moins un orifice traversant (22) de l'unité électronique (20), - une pièce (40) formant un drain thermique, réalisée en matériau conducteur thermiquement, la pièce (40) comprenant une portion en relief (42), dans lequel la portion en relief (42) de la pièce (40) coopère avec l'orifice traversant (22) de l'unité électronique (20) de sorte que la portion en relief (42) de la pièce (40) est en contact avec la face (32) de contact du composant électronique (30). 2. Dispositif électrique selon la revendication 1, dans lequel au moins 20%, et 15 préférentiellement au moins 40%, de la face (32) de contact du composant électronique (30) est agencée en vis-à-vis du au moins un orifice traversant (22) de l'unité électronique (20). 3. Dispositif électrique selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la portion en relief (42) de la pièce (40) est en contact avec au moins 20%, et préférentiellement au 20 moins 40%, de la face (32) de contact du composant électronique (30). 4. Dispositif électrique selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la face (32) de contact du composant électronique (30) comprend une surface conductrice électriquement. 5. Dispositif électrique selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la pièce (40) 25 supporte l'unité électronique (20). 6. Dispositif électrique selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel une paroi délimite l'orifice traversant (22) de l'unité électronique (20), et dans lequel la paroi délimitant l'orifice traversant (22) de l'unité électronique (20) comprend un matériau conducteur électriquement. 30 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une couche intermédiaire (50) réalisée en un matériau conducteur thermiquement est disposée entre la portion en relief (42) de la pièce (40) et la face (32) de contact du composant électronique (30). 3065114 11 8. Procédé d'assemblage d'un dispositif électrique selon l'une des revendications précédentes, le procédé comprenant : - une étape de fourniture d'une unité électronique, d'un composant électronique et d'une pièce, dans laquelle une unité électronique comprenant au moins un orifice 5 traversant, un composant électronique comprenant une face, dite face de contact, et une pièce, formant un drain thermique, réalisée en matériau conducteur thermiquement et comprenant une portion en relief destinée à coopérer avec l'orifice traversant de l'unité électronique sont fournis, - une étape d'assemblage du composant électronique sur l'unité électronique, dans 10 laquelle le composant électronique et l'unité électronique sont assemblés de sorte qu'au moins une partie de la face de contact du composant électronique soit agencée en vis-à-vis du au moins un orifice traversant de l'unité électronique, - une étape d'assemblage, dans laquelle l'unité électronique et la pièce sont assemblés de sorte que la portion en relief de la pièce coopère avec l'orifice traversant de l'unité électronique de sorte que la portion en relief de la pièce est en contact avec la face de contact du composant électronique.