Brevet FR3075561A1 — publié le 20190621

TITRE PROCEDE DE MONTAGE D'AU MOINS UNE CAPACITE SUR UN DISSIPATEUR DE CHALEUR, ASSEMBLAGE AINSI OBTENU ET CONVERTISSEUR DE TENSION COMPORTANT UN TEL ASSEMBLAGE DOMAINE TECHNIQUE La presente invention concerne un procede de montage d'au moins une capacite sur un dissipateur de chaleur, l'assemblage obtenu et un convertisseur de tension comportant un tel assemblage. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE On connait de l'etat de la technique un procede de montage d'au moins une capacite sur un dissipateur de chaleur, comportant : la soudure de broches de chaque capacite a des conducteurs electriques respectifs, apres la soudure des broches, la pose d'une face de dissipation de chaleur de chaque capacite en contact thermique sur une face du dissipateur de chaleur, la fixation mecanique des conducteurs electriques au dissipateur de chaleur. Dans ce procede connu, avant la soudure des broches, les capacites sont positionnees par rapport aux conducteurs electriques, au plus pres de ces derniers. Un materiau conducteur thermique est generalement intercale entre la face de dissipation de chaleur de la capacite et la face du dissipateur de chaleur. Or, a cause des tolerances de fabrication, la taille des capacites peut changer d'une capacite a l'autre. Ainsi, le materiau conducteur thermique compense recart entre la face de dissipation de chaleur de la capacite et la face du 2 dissipateur de chaleur, et presente donc une epaisseur variable d'une capacite a l'autre. Ainsi, repaisseur du materiau conducteur thermique est souvent superieure a ce qui est necessaire du point de vue de la conduction thermique, ce qui entraine une surconsommation de materiau conducteur thermique. 5 L'invention a pour but de remedier au moins en partie aux inconvenients precedents. RESUME DE L'INVENTION A cet effet, it est propose un procede de montage d'au moins une capacite sur un dissipateur de chaleur, comportant : 10 la soudure de broches de chaque capacite a des conducteurs electriques respectifs, apres la soudure des broches, la pose d'une face de dissipation de chaleur de chaque capacite en contact thermique sur une face du dissipateur de chaleur, 15 la fixation mecanique des conducteurs electriques au dissipateur de chaleur, le procede etant caracterise en ce qu'il comporte en outre, avant la soudure des broches : la pose de la face de dissipation de chaleur de la capacite contre une 20 face d'un support, le placement des conducteurs electriques a une position predefinie par rapport a la face du support, la soudure des broches etant realisee lorsque les conducteurs electriques sont a la position predefinie par rapport a la face du support. 25 De facon optionnelle, le procede comporte en outre, avant la soudure des broches, la coupe d'au moins une broche. De facon optionnelle egalement, la coupe d'au moins une broche est realisee apres le placement des conducteurs electriques a une position predefinie. 3 De facon optionnelle egalement, la coupe d'au moins une broche est realisee avant le placement des conducteurs electriques a une position predefinie. De facon optionnelle egalement, la face du support et la face du 5 dissipateur de chaleur sont planes. De facon optionnelle egalement, lors de la pose de la face de dissipation de chaleur de chaque capacite en contact thermique sur une face du dissipateur de chaleur, un materiau conducteur thermique est intercale. De facon optionnelle egalement, le materiau conducteur thermique 10 comporte de la colle. De facon optionnelle egalement, plusieurs capacites sont montees. II est egalement propose l'assemblage d'un dissipateur de chaleur et d'au moins une capacite mon-tee sur le dissipateur de chaleur au moyen d'un procede de montage selon l'invention. 15 Il est egalement propose un convertisseur de tension comportant un assemblage selon l'invention. DESCRIPTION DES FIGURES La figure 1 est schema electrique d'un systeme electrique comportant un convertisseur de tension selon l'invention. 20 La figure 2 est une vue en trois dimensions d'un dissipateur de chaleur et d'un bloc capacite du convertisseur de tension de la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe du bloc capacite de la figure 2. La figure 4 est un schema-blocs illustrant les etapes d'un procede de montage des capacites. 25 Les figures 5 a 9 sont des vues en coupe tres simplifiees, illustrant des etapes du procede de la figure 4. La figure 10 est une vue en coupe tres simplifiee illustrant la prise en compte des jeux de fabrication d'une capacite. 4 DESCRIPTION DETAILLEE En reference a la figure 1, un systeme electrique 100 par exemple destine a etre implante dans un vehicule automobile va a present etre decrit. Le systeme electrique 100 comporte tout d'abord une source 5 d'alimentation electrique 102 concue pour delivrer une tension continue U, par exemple comprise entre 10 V et 100 V, par exemple 48 V. La source d'alimentation electrique 102 comporte par exemple une batterie. Le systeme electrique 100 comporte en outre une machine electrique 130 comportant plusieurs phases (non representees) destinees a presenter des 10 tensions de phase respectives. Le systeme electrique 100 comporte en outre un convertisseur de tension 104 connecte entre la source d'alimentation electrique 102 et la machine electrique 130 pour effectuer une conversion entre la tension continue U et les tensions de phase. 15 Le convertisseur de tension 104 comporte tout d'abord une barre omnibus positive 106 et une barre omnibus negative 108 destinees a etre connectees a la source d'alimentation electrique 102 pour recevoir la tension continue U, la barre omnibus positive 106 recevant un potentiel electrique haut et la barre omnibus negative 108 recevant un potentiel electrique bas. 20 Le convertisseur de tension 104 comporte en outre au moins un module de puissance 110 comportant une ou plusieurs barres omnibus de phase 122 destinees etre respectivement connectees a une ou plusieurs phases de la machine electrique 130, pour fournir leurs tensions de phase respectives. Dans l'exemple decrit, le convertisseur de tension 104 comporte trois 25 modules de puissance 110 comportant chacun deux barres omnibus de phase 122 connectees a deux phases de la machine electrique 130. Chaque module de puissance 110 comporte, pour chaque barre omnibus de phase 122, un interrupteur de cote haut 112 connecte entre la barre omnibus positive 106 et la barre omnibus de phase 122 et un interrupteur de cote bas 114 connecte entre la barre omnibus de phase 122 et la barre omnibus negative 5 108. Ainsi, les interrupteurs 112, 114 sont agences de maniere a former un bras de hachage, dans lequel la barre omnibus de phase 122 forme un point milieu. Chaque interrupteur 112, 114 comporte des premiere et deuxieme bornes principales 116, 118 et une borne de commande 120 destinee a 5 selectivement ouvrir et fermer l'interrupteur 112, 114 entre ses deux bornes principales 116, 118 en fonction d'un signal de commande qui lui est appliqué. Les interrupteurs 112, 114 sont de preference des transistors, par exemple des transistors a effet de champ a structure metal-oxyde-semiconducteur (de l'anglais « Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » ou MOSFET) 10 presentant une grille formant la borne de commande 120, et un drain et une source formant respectivement les bornes principales 116, 118. Le convertisseur de tension 104 comporte en outre, pour chaque module de puissance 110, un condensateur 124 presentant une borne positive 126 et une borne negative 128 respectivement connectees a la barre omnibus positive 15 106 et a la barre omnibus negative 108. ll sera apprecie que la barre omnibus positive 106, la barre omnibus negative 108 et les barres omnibus de phase 122 sont des elements rigides concus pour supporter des courants electriques d'au moins 1 A. Elles presentent de preference une epaisseur d'au moins 1 mm. 20 Dans la suite de la description, la structure et la disposition des elements du convertisseur de tension 104 vont etre decrits plus en details, en reference a une direction verticale H-B, « H » representant le haut et « B » representant le bas. En reference a la figure 2, le convertisseur de tension 104 comporte un 25 dissipateur de chaleur 202 destine a dissiper la chaleur des interrupteurs 112, 114 et des capacites 124. Par ailleurs, les capacites 124 sont regroupees au sein d'un bloc capacite, c'est-à-dire qu'elles sont regroupees dans un boitier 204, forme en partie par le dissipateur de chaleur 202 et en partie par un surmoulage 206 isolant 30 electrique. 6 En reference a la figure 3, chaque capacite 124 presente une face de dissipation de chaleur 302, ainsi qu'au moins une broche positive 304 et au moins une broche negative 306. Dans l'exemple decrit, chaque capacite 124 comporte un corps en forme 5 generale de cylindre oriente verticalement, avec la face de dissipation de chaleur 302 situee a une extremite inferieure du cylindre et avec les broches 304, 306 se projetant vers le haut depuis une extremite superieure du cylindre. L'extremite superieure est en outre munie d'une collerette 308. La face de dissipation de chaleur 302 de chaque capacite 124 est posee 10 sur une face superieure 310 du dissipateur de chaleur 202, avec de preference un materiau conducteur thermique 312 intercale entre les faces 302, 310 de maniere a assurer une bonne conduction thermique. En reference a la figure 4, un procede 400 de montage des capacites 124 va a present etre decrit. 15 Au cours d'une etape 402, dont le resultat est illustre sur la figure 5, la face de dissipation de chaleur 302 de chaque capacite 124 est posee contre une face superieure 502 d'un support 504 (egalement appele « marbre »). La face superieure 502 du support 504 presente la meme forme que la face superieure 310 du dissipateur de chaleur 202. Dans l'exemple decrit, les deux faces 502, 20 310 sont planes. Le corps de chaque capacite 124 est fabrique avec une certaine tolerance verticale, par exemple de l'ordre de 1 mm. Ainsi, dans l'exemple illustre, le corps de la capacite 124 de droite presente une hauteur plus grande que le corps de la capacite 124 de gauche. 25 De retour a la figure 4, au cours d'une etape 404, dont le resultat est illustre sur la figure 6, les barres omnibus 106, 108 (fixees mecaniquement ensemble par le surmoulage 206) sont placees a une position predefinie par rapport a la face superieure 502 du support 504. Dans l'exemple decrit, la barre omnibus positive 106 est placee a une hauteur H de la face superieure 502 du 30 support 504. La hauteur H est choisie de maniere a etre superieure a la somme 7 de la hauteur maximale des corps des capacites 124 et de l'epaisseur souhaitee de materiau conducteur thermique 312 (generalement entre 0,2 mm et 3 mm). Dans cette position, les broches 304, 306 passent respectivement dans des trous menages au travers des barres omnibus 106, 108, de maniere a 5 depasser au-dessus des barres omnibus 106, 108. La longueur des broches 304, 306 est telle que les broches 304, 306 traversent bien les barres omnibus 106, 108 meme lorsque la capacite 124 presente la hauteur minimale prevue par la tolerance verticale. Par exemple, le cas de la broche 304 est illustre sur la figure 10. La 10 broche 304 presente une extremite libre 1002 situ& a une distance verticale Lc+ de la face de dissipation de chaleur 302 de la capacite 124. D'apres les jeux de fabrication de la capacite 124, la distance Lc+ est comprise entre une distance minimale Lc+(min) et une distance maximale Lc+(max) = Lc+(min) + Xp, ofi Xp represente les jeux de fabrication. Par ailleurs, le support 504 15 presente une paroi 1004 verticale s'elevant de la face superieure 502 et presentant une face superieure 1005 sur laquelle le surmoulage 206 est pose. La paroi 1004 presente une hauteur definissant une profondeur Pm du support 504. En d'autres termes, la hauteur de la paroi 1004 est mesuree entre la face superieure 502 du support 504 et la face superieure 1005 de la paroi 1004. La 20 barre omnibus positive 106 a laquelle la broche 304 doit etre fixee est prise dans le surmoulage 206 et presente un dessus situe a une hauteur Hb+ audessus de la face superieure 1005 de la paroi 1004. Ainsi, pour s'assurer que la broche 304 passe bien au travers de la barre omnibus positive 106, la distance Lc+ doit, dans cet exemple, satisfaire 25 l'equation suivante : Lc+(max) = Lc+(min) + Xp Lc+ Lc+(min) Pm + Hb+ + E E &rant la longueur de broche devant depasser de la barre omnibus positive 106 afin de permettre la fixation de la broche 304 a la barre omnibus positive 106. Par exemple, pour certaines methodes de fixation de la broche, E vaut de 30 preference 1,2 mm +/- 0,4 mm. 8 Cette equation peut etre generalisee a n'importe quelle broche (304 ou 306) de la capacite 124 : Lc(max) = Lc(min) + Xp Lc Lc(min) Pm + Hb + E ou Lc est la distance verticale entre la face de dissipation de chaleur 302 et 5 l'extremite libre de la broche consideree, Lc(min) est le minimum de la distance Lc selon les jeux de fabrication de la capacite 124, Xp represente les jeux de fabrication, Pm est la profondeur du support 504 et Hb est la distance verticale entre le haut de la paroi 1004 et la barre omnibus a laquelle la broche doit etre connectee. En outre, lorsque la distance Lc est egale a Pm + Hb + E, it n'est pas 10 necessaire de couper la broche. En revanche, lorsque la distance Lc est superieure a Pm + Hb + E, la broche est de preference coupee pour ramener la distance Lc a Pm + Hb + E. De retour a la figure 4, au cours d'une etape 406, dont le resultat est illustre sur la figure 7, les broches 304, 306 de chaque capacite 124 sont 15 coupees, si necessaire, de maniere a ce qu'elles depassent respectivement des barres omnibus 106, 108 d'au plus E (valant comme indique plus haut par exemple 1,2 mm +/- 0,4 mm). De retour a la figure 4, au cours d'une etape 408, dont le resultat est illustre sur la figure 8, les broches 304, 306 de chaque capacite 124 sont 20 respectivement fixees mecaniquement aux barres omnibus 106, 108, de maniere a etablir une connexion electrique. La fixation comporte par exemple la soudure, la brasure ou bien le sertissage des broches 304, 306 respectivement aux barres omnibus 106, 108. De retour a la figure 4, au cours d'une etape 410, l'ensemble des barres 25 omnibus 106, 108, du surmoulage 206 et des capacites 124 est retire du support 504. Au cours d'une etape 412, dont le resultat est illustre sur la figure 9, la face de dissipation de chaleur 302 de chaque capacite 124 est posee sur la face superieure 310 du dissipateur de chaleur 202, de sorte que la face de 30 dissipation de chaleur 302 soit en contact thermique avec le dissipateur de chaleur 202. Dans l'exemple decrit, le contact thermique est realise en 9 intercalant un materiau thermique 312 entre les faces 302, 310. Par exemple, le materiau thermique est depose sur la face superieure 310 du dissipateur de chaleur 202 avant la pose des faces de dissipation de chaleur 302 des capacites 124. 5 De preference, le materiau conducteur thermique 312 comporte de la colle, afin de fixer mecaniquement les capacites 124 au dissipateur de chaleur 202 de maniere a eviter des contraintes trop importantes, par exemple des contraintes de vibration, sur les broches 304, 306. De retour a la figure 4, au cours d'une &tape 414, le surmoulage 206 est 10 fixe mecaniquement au dissipateur de chaleur 202, par exemple par vissage (un joint de colle peut en outre etre utilise s'il est necessaire d'assurer l'etancheite), ce qui permet de fixer egalement les barres omnibus 106, 108 au dissipateur de chaleur 202. Contrairement a l'etat de la technique ou la tolerance verticale sur le 15 corps des capacites 124 se retrouve entre la face de dissipation de chaleur 302 et la face superieure 310 du dissipateur de chaleur 202 ce qui conduit a une grande utilisation de materiau conducteur thermique 312, cette tolerance verticale se retrouve, dans l'invention, entre le corps des capacites 124 et les barres omnibus 106, 108. Ainsi, la couche de materiau conducteur thermique 20 312 presente sensiblement, pour toutes les capacites 124, repaisseur souhaitee. Au cours d'une &tape 416, l'assemblage represents sur la figure 9 est passé au four pour polymeriser le materiau conducteur thermique 312 (et eventuellement la colle utilisee a l'etape 414). L'assemblage peut etre place dans le four a l'horizontale (face 310 horizontale) ou bien a la verticale (face 310 25 verticale). Dans ce dernier cas, le materiau conducteur thermique 312 (comme la colle de l'etape 414) est choisi de maniere a ne pas couler une fois que l'assemblage est place a la verticale. Pour cela, repaisseur du materiau conducteur thermique 312, sa viscosite et sa thixotropie sont choisies de maniere a eviter son ecoulement. Par exemple, l'epaisseur est de preference 30 choisie entre 0,2 mm et 3 mm comme indique precedemment, et la viscosite entre 50 et 150 Pa.s. 10 Dans un autre mode de realisation, l'etape 406 est realisee avant l'etape 404. Dans ce cas, au cours de l'etape 406, les broches 304, 306 de chaque capacite 124 sont coupees a une distance predeterminee de la face superieure 502 du support 504. Cette distance predeterminee est par exemple telle 5 qu'apres l'etape 404, lorsque les barres omnibus 106, 108 ont ete placees a une position predefinie par rapport a la face superieure 502 du support 504, les broches 304, 306 depassent respectivement des barres omnibus 106, 108 d'au plus 1,2 mm +/- 0,4 mm. La presente invention n'est pas limitee aux modes de realisation decrits 10 precedemment, mais est au contraire definie par les revendications qui suivent. II sera en effet apparent a l'homme du métier que des modifications peuvent y etre apportees. Par ailleurs, les termes utilises dans les revendications ne doivent pas etre compris comme limites aux elements des modes de realisation decrits 15 precedemment, mais doivent au contraire etre compris comme couvrant tous les elements equivalents que l'homme REVENDICATIONS1. Procede (400) de montage d'au moins une capacite (124) sur un dissipateur de chaleur (202), comportant : la soudure (408) de broches (304, 306) de chaque capacite (124) a des conducteurs electriques respectifs (106, 108), apres la soudure (408) des broches (304, 306), la pose (412) d'une face de dissipation de chaleur (302) de chaque capacite (124) en contact thermique sur une face (310) du dissipateur de chaleur (202), la fixation mecanique (414) des conducteurs electriques (106, 108) au dissipateur de chaleur (202), le procede (400) etant caracterise en ce qu'il comporte en outre, avant la soudure (408) des broches (304, 306) : la pose (402) de la face de dissipation de chaleur (302) de la capacite (124) contre une face (502) d'un support (504), le placement (404) des conducteurs electriques (106, 108) a une position predefinie par rapport a la face (502) du support (504), la soudure (108) des broches (304, 306) etant realisee lorsque les conducteurs electriques (106, 108) sont a la position predefinie par rapport a la face (502) du support (504). 2. Procede selon la revendication 1, comportant en outre, avant la soudure (408) des broches (304, 306), la coupe (406) d'au moins une broche (304, 306). 3. Procede selon la revendication 2, dans lequel la coupe (406) d'au moins une broche (304, 306) est realisee apres le placement (404) des conducteurs electriques (106, 108) a une position predefinie. 4. Procede selon la revendication 2, dans lequel la coupe (406) d'au moins une broche (304, 306) est realisee avant le placement (404) des conducteurs electriques (106, 108) a une position predefinie. 12 5. Procede selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, dans lequel la face (502) du support (504) et la face (310) du dissipateur de chaleur (202) sont planes. 6. Procede selon l'une quelconque des revendications 1 a 5, dans lequel, 5 lors de la pose (412) de la face de dissipation de chaleur (302) de chaque capacite (124) en contact thermique sur la face (310) du dissipateur de chaleur (202), un materiau conducteur thermique (312) est intercale. 7. Procede selon la revendication 6, dans lequel le materiau conducteur thermique (312) comporte de la colle. 10 8. Procede selon l'une quelconque des revendications 1 a 7, dans lequel plusieurs capacites (124) sont montees. 9. Assemblage d'un dissipateur de chaleur (202) et d'au moins une capacite (124) montee sur le dissipateur de chaleur (202) au moyen d'un procede de montage selon l'une quelconque des revendications 1 a 8. 15 10. Convertisseur de tension (104) comportant un assemblage selon la revendication 9.