Brevet FR3148351A1 — publié le 20241101

Pièce comportant au moins un composant électronique recouvert par surmoulage et au moins un dissipateur thermique, procédé de fabrication de ladite pièce L'invention a pour objet une pièce comprenant : un support (22), au moins un composant électronique (24) et au moins un circuit électronique (26) rapportés sur une première face (22.1) du support (22), un corps (28) surmoulé sur la première face (22.1) et recouvrant le composant électronique (24), au moins un dissipateur thermique (30) qui présente au moins une première face reliée thermiquement, directement ou indirectement, au composant électronique (24) ainsi qu’au moins une deuxième face (30.2) en contact avec une ambiance extérieure à la pièce. Figure 4 Pièce comportant au moins un composant électronique recouvert par surmoulage et au moins un dissipateur thermique, procédé de fabrication de ladite pièce La présente demande se rapporte à une pièce comportant au moins un composant électronique recouvert par surmoulage et au moins un dissipateur thermique ainsi qu’à un procédé de fabrication de ladite pièce. Selon une configuration visible sur la , une pièce 10 comprend un support 12 qui présente une première face 12.1 et une deuxième face 12.2 opposée à la première face 12.1, au moins un composant électronique 14 et au moins un circuit électronique 16 rapportés sur la première face 12.1 du support 12 ainsi qu’un corps 18 surmoulé sur la première face 12.1 et recouvrant chaque composant électronique 14 et le circuit électronique 16. Selon un mode de réalisation, un procédé d’obtention d’une telle pièce, dit procédé IME pour (in-mold electronics), comprend une étape d’impression de du circuit électronique 16 sur la première face 12.1 du support 12 en forme de film et une étape de pose de chaque composant électronique 14 sur la première face 12.1 du support 12, une étape de thermoformage du support 12 visant à le conformer selon la géométrie de la pièce 10 à réaliser, une étape de positionnement du support 12 conformé dans un moule ainsi qu’une étape d’injection d’une matière dans le moule afin d’obtenir par surmoulage le corps 18. En fonctionnement, certains composants électroniques 14 produisent de la chaleur. Le fait que ces composants électroniques 14 soient positionnés entre deux couches en matériaux non conducteurs sur le plan thermique limite les phénomènes de dissipation thermique, ce qui peut engendrer une réduction de la durée de vie des composants électroniques 14 et/ou perturber le bon fonctionnement desdits composants électroniques 14. Même si le support 12 est réalisé en un matériau thermiquement conducteur, il est si fin qu’il n’assure pas la dissipation de la chaleur produite par les composants électroniques 14, ce qui tend à générer une zone chaude Zc au niveau de la deuxième face 12.2 du support 12, au droit des composants électroniques 14 qui dégagent le plus de chaleur. La présente invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur. A cet effet, l’invention a pour objet une pièce comprenant un support, au moins un composant électronique et au moins un circuit électronique rapportés sur une première face du support ainsi qu’un corps surmoulé sur la première face et recouvrant le composant électronique. Selon l’invention, la pièce comprend au moins un dissipateur thermique qui présente au moins une première face reliée thermiquement au composant électronique ainsi qu’au moins une deuxième face en contact avec une ambiance extérieure à la pièce. Ainsi, il est possible de réaliser des pièces à partir d’un procédé IME en utilisant un large choix de composants électroniques. Selon un autre avantage, la présence de dissipateurs thermiques permet d’améliorer la fiabilité des composants électroniques surmoulés. Selon un mode de réalisation, le dissipateur thermique est un élément indépendant du corps, qui présente une première face plaquée contre la deuxième face du composant électronique ainsi qu’une deuxième face affleurant la face libre du corps ou en saillie par rapport à cette face libre. Selon un autre mode de réalisation, le corps est réalisé en un matériau thermoconducteur ou en matière plastique comportant des charges thermoconductrices et forme le dissipateur thermique. Selon un autre mode de réalisation, le dissipateur thermique est indirectement relié au composant électronique et positionné au niveau de la deuxième face du support, le dissipateur thermique étant réalisé en un matériau thermoconducteur injecté. L’invention a également pour objet un procédé pour fabriquer une telle pièce qui comprend : une étape d’impression d’au moins un circuit électronique sur une première face d’un support, une étape de pose d’au moins un composant électronique sur la première face du support, une étape de positionnement du support dans un premier moule, la première face du support étant espacée du premier moule, une étape d’injection d’une matière dans le premier moule afin d’obtenir par surmoulage un corps sur la première face du support, une étape de positionnement de la pièce sans dissipateur thermique dans un deuxième moule, la deuxième face du support étant espacée du deuxième moule, une étape d’injection d’une matière thermoconductrice pour former par surmoulage un dissipateur thermique au niveau de la deuxième face du support. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description de l’invention qui va suivre, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés parmi lesquels : est une coupe schématique d’une pièce obtenue par surmoulage de composants électroniques illustrant un mode de réalisation de l’art antérieur, représente des coupes schématiques de différentes étapes d’un procédé de fabrication d’une pièce comportant un dissipateur thermique illustrant un mode de réalisation de l’invention, représente des coupes schématiques de différentes étapes d’un procédé de fabrication d’une pièce comportant un dissipateur thermique illustrant un autre mode de réalisation de l’invention, représente des coupes schématiques de différentes étapes d’un procédé de fabrication d’une pièce comportant un dissipateur thermique illustrant un autre mode de réalisation de l’invention, représente des coupes schématiques de différentes étapes d’un procédé de fabrication d’une pièce comportant un dissipateur thermique illustrant un autre mode de réalisation de l’invention, est une vue en perspective d’un dissipateur thermique illustrant un mode de réalisation de l’invention, est une vue de côté du dissipateur thermique visible sur la , et est une vue en perspective d’un dissipateur thermique illustrant un autre mode de réalisation de l’invention. Selon différents modes de réalisation visibles sur les figures 2 à 5, une pièce 20 comprend un support 22 qui présente une première face 22.1 et une deuxième face 22.2 opposée à la première face 22.1, au moins un composant électronique 24 et au moins un circuit électronique 26 rapportés sur la première face 22.1 du support 22 ainsi qu’un corps 28 surmoulé sur la première face 22.1 et recouvrant chaque composant électronique 24 et le circuit électronique 26. En fonctionnement, la pièce 20 est positionnée dans une ambiance extérieure à la pièce. Chaque composant électronique 24 comprend une première face 24.1 orientée vers la première face 22.1 du support 22 ainsi qu’une deuxième face 24.2 opposée à la première face 24.1. A titre d’exemple, le composant électronique 24 pourrait être une diode électroluminescente, un microcontrôleur ou autres. Le support 22 est un film souple qui présente une épaisseur comprise entre 125 et 400 microns. A titre d’exemple, le support 22 est en polyéthylène, en polycarbonate, en polyimide ou en polyamide par exemple. Cette liste n’est pas exhaustive. Selon une configuration, le corps 28 est en matériau translucide, comme en polycarbonate. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à ce matériau. A titre d’exemple, le corps pourrait être réalisé en polycarbonate, en polyoxyméthylène, en polystyrène, en acrylonitrile, en styrène-butadiène, en polyuréthane thermoplastique ou en polyamide par exemple. Cette liste n’est pas exhaustive. Le corps 28 présente une géométrie en fonction de celle de la pièce 20 à réaliser. En fonctionnement, le corps 28 présente une face libre 28.1 en contact avec l’ambiance extérieure. La pièce 20 peut comprendre d’autres éléments, comme au moins un film décoratif appliqué sur le support 22, notamment sur sa première face 22.1 ou sur la face libre 28.1 du corps 28. Selon une particularité de l’invention, la pièce 20 comprend au moins un dissipateur thermique 30 qui présente au moins une première face 30.1 reliée thermiquement au composant électronique 24 ainsi qu’au moins une deuxième face 30.2 en contact avec l’ambiance extérieure. Le dissipateur thermique 30 est réalisé en un matériau présentant une conductivité thermique élevée, comme en polycarbonate thermoconducteur ou en polystyrène thermoconducteur par exemple. Cette liste n’est pas exhaustive. Selon des modes de réalisation visibles sur les figures 2 et 3, le dissipateur thermique 30 est directement relié au composant électronique 24, sa première face 30.1 étant en contact avec (ou plaquée contre) le composant électronique 24, et plus particulièrement la deuxième face 24.2 du composant électronique 24. Selon un mode de réalisation visible sur la , le dissipateur thermique 30 est un élément indépendant du corps 28, qui présente une première face 30.1 plaquée contre la deuxième face 24.2 du composant électronique 24 ainsi qu’une deuxième face 30.2 affleurant la face libre 28.1 du corps 28 ou en saillie par rapport à cette face libre 28.1. Selon ce mode de réalisation, le dissipateur thermique 30 assure un transfert thermique par conduction entre le composant électronique 24 et le dissipateur thermique 30, par conduction dans le dissipateur thermique 30 et par conduction, convection ou rayonnement entre le dissipateur thermique 30 et l’ambiance extérieure. Selon un mode de réalisation visible sur la , le corps 28 assure la fonction de dissipateur thermique 30. A cet effet, le corps 28 est réalisé en un matériau thermoconducteur comme en polycarbonate thermoconducteur, en polystyrène thermoconducteur, en silicone thermoconducteur ou en résine thermoconductrice (cette liste n’étant pas exhaustive), ou bien en matière plastique comportant des charges thermoconductrices comme en acier, en alliage d’aluminium, en argent, en carbone, en graphène ou en graphite par exemple. Cette liste n’est pas exhaustive. Selon ce mode de réalisation, le corps 28 assure un transfert thermique par conduction entre le composant électronique 24 et sa face libre 28.1 en contact avec l’ambiance extérieure. Selon d’autres modes de réalisation visibles sur les figures 4 et 5, le dissipateur thermique 30 est indirectement relié au composant électronique 24 et positionné au niveau de la deuxième face 22.2 du support 22. Le dissipateur thermique 30 est réalisé en un matériau thermoconducteur comme en polycarbonate thermoconducteur, en polystyrène thermoconducteur, en silicone thermoconducteur ou en résine thermoconductrice (cette liste n’étant pas exhaustive), ou bien en matière plastique comportant des charges thermoconductrices comme en acier, en alliage d’aluminium, en argent, en carbone, en graphène ou en graphite par exemple. Cette liste n’est pas exhaustive. Selon un mode de réalisation visible sur la , la pièce 20 comprend au moins un élément conducteur 32 traversant le support 22 et reliant le composant électronique 24 situé au niveau de la première face 22.1 du support 22 et le dissipateur thermique 30 situé au niveau de la deuxième face 22.2. Selon cet agencement, la pièce 20 comprend plusieurs éléments conducteurs 32 et le support 22 comprend un orifice traversant 34 pour chaque élément conducteur 32. Chaque élément conducteur 32 est en matériau thermoconducteur comme en polycarbonate thermoconducteur, en polystyrène thermoconducteur, en silicone thermoconducteur ou en résine thermoconductrice (cette liste n’étant pas exhaustive), le même que celui du dissipateur thermique 30. Selon un mode de réalisation visible sur la , le support 22 est réalisé en matériau thermoconducteur et le dissipateur thermique 30 est plaqué contre la deuxième face 22.2 du support 22. Dans ce cas, le support 22 assure un transfert thermique du composant électronique 24 jusqu’au dissipateur 30. Selon les modes de réalisation visibles sur les figures 4 et 5, le dissipateur thermique 30 présente une première face 30.1 en contact avec le support 22 ainsi qu’une deuxième face libre 30.2 en contact avec l’ambiance extérieure. La première face 30.1 est conformée de manière à épouser la deuxième face 22.2 du support 22. Selon une caractéristique, chaque dissipateur thermique 30 est réalisé en un matériau injecté. La deuxième face 30.2 du dissipateur thermique 30 est configurée pour augmenter la surface d’échange entre le dissipateur thermique 30 et l’ambiance extérieure. Selon un mode de réalisation visible sur les figures 4 à 7, la deuxième face 30.2 présente une pluralité de rainures 36 parallèles entre elles. Selon un autre mode de réalisation visible sur la , la deuxième face 30.2 présente une structure gaufrée. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à ces modes de réalisation pour la deuxième face 30.2 du dissipateur thermique 30. Selon un mode opératoire visible sur la , le procédé d’obtention comprend une étape d’impression de chaque circuit électronique 26 sur la première face 22.1 du support 22 en forme de film et une étape de pose de chaque composant électronique 24 sur la première face 22.1 du support 22 en forme de film, comme illustré sur la partie (A) de la . En suivant, le procédé comprend une étape de pose d’un dissipateur thermique 30 sur chacun des composants électroniques 24 nécessitant une dissipation thermique importante, comme illustré sur la partie (B) de la . Selon une première variante, le dissipateur thermique 30 est mis en forme puis positionné sur le composant électronique 24 correspondant. Selon une autre variante, une matière thermoconductrice est positionnée et mise en forme simultanément sur le composant électronique 24 correspondant. En suivant, le procédé peut comprendre une étape de thermoformage du support 22 en forme de film visant à le conformer selon la géométrie de la pièce 20 à réaliser. Enfin, le procédé comprend une étape de positionnement du support 22 conformé dans un moule, la première face 22.1 du support 22 étant espacée du moule, ainsi qu’une étape d’injection d’une matière dans le moule afin d’obtenir par surmoulage le corps 28 sur la première face 22.1 du support 22, comme illustré sur la partie (C) de la . Selon un autre mode opératoire visible sur la , le procédé d’obtention comprend une étape d’impression de chaque circuit électronique 26 sur la première face 22.1 du support 22 en forme de film et une étape de pose de chaque composant électronique 24 sur la première face 22.1 du support 22 en forme de film, comme illustré sur la partie (A) de la . En suivant, le procédé peut comprendre une étape de thermoformage du support 22 en forme de film visant à le conformer selon la géométrie de la pièce 20 à obtenir. Enfin, le procédé comprend une étape de positionnement du support 22 conformé dans un moule, la première face 22.1 du support 22 étant espacée du moule, ainsi qu’une étape d’injection d’une matière thermoconductrice ou en matière plastique présentant une charge thermoconductrice dans le moule afin d’obtenir par surmoulage le corps 28, comme illustré sur la partie (B) de la . Selon un autre mode opératoire visible sur la , le procédé d’obtention comprend une étape de réalisation d’au moins un orifice traversant 34 dans le support 22 en forme de film au droit de l’emplacement de chaque composant électronique 24 nécessitant une dissipation thermique importante, comme illustré sur la partie (A) de la . En suivant, le procédé comprend une étape d’impression de chaque circuit électronique 26 sur la première face 22.1 du support 22 et une étape de pose de chaque composant électronique 24 sur la première face 22.1 du support 22, comme illustré sur la partie (B) de la . Le procédé peut comprendre une étape de thermoformage du support 22 visant à le conformer selon la géométrie de la pièce 20 à réaliser. Le procédé comprend une étape de positionnement du support 22 conformé dans un premier moule, la première face 22.1 du support 22 étant espacée du premier moule, ainsi qu’une étape d’injection d’une matière dans le premier moule afin d’obtenir par surmoulage le corps 28 sur la première face 22.1 du support 22, comme illustré sur la partie (C) de la . Enfin, le procédé comprend une étape de réalisation du dissipateur thermique 30 en positionnant la pièce sans dissipateur thermique obtenue à l’étape précédente dans un deuxième moule, la deuxième face 22.2 du support 22 étant espacée du deuxième moule, puis en injectant une matière thermoconductrice pour obtenir par surmoulage le dissipateur thermique 30 au niveau de la deuxième face 22.2 du support 22, comme illustré sur la partie (D) de la . Lors de l’injection, la matière pénètre dans les orifices traversants 34 jusqu’à venir en contact avec chaque composant électronique 24. Selon un autre mode opératoire visible sur la , le procédé d’obtention comprend une étape d’impression de chaque circuit électronique 26 sur la première face 22.1 du support 22 en matériau thermoconducteur et une étape de pose de chaque composant électronique 24 sur la première face 22.1 du support 22, comme illustré sur la partie (A) de la . Le procédé peut comprendre une étape de thermoformage du support 22 visant à le conformer selon la géométrie de la pièce 20 à réaliser. Le procédé comprend une étape de positionnement du support 22 conformé dans un premier moule, la première face 22.1 du support 22 étant espacée du premier moule, ainsi qu’une étape d’injection d’une matière dans le premier moule afin d’obtenir par surmoulage le corps 28 sur la première face 22.1 du support 22, comme illustré sur la partie (B) de la . Enfin, le procédé comprend une étape de réalisation du dissipateur thermique 30 en positionnant la pièce sans dissipateur thermique obtenue à l’étape précédente dans un deuxième moule, la deuxième face 22.2 du support 22 étant espacée du deuxième moule, puis en injectant une matière thermoconductrice pour obtenir par surmoulage le dissipateur thermique 30 au niveau de la deuxième face 22.2 du support 22, comme illustré sur la partie (C) de la . Pour chaque dissipateur thermique 30, sa matière, sa forme, ses dimensions et sa position sont déterminées en fonction des transferts thermiques à réaliser entre le composant électronique 24 et l’ambiance extérieure. En raison de la présence de dissipateurs thermiques, il est possible de réaliser des pièces à partir d’un procédé IME en utilisant un large choix de composants électroniques. Selon un autre avantage, la présence de dissipateurs thermiques 30 permet d’améliorer la fiabilité des composants électroniques 24 surmoulés. Pièce comprenant un support (22), au moins un composant électronique (24) et au moins un circuit électronique (26) rapportés sur une première face (22.1) du support (22) ainsi qu’un corps (28) surmoulé sur la première face (22.1) et recouvrant le composant électronique (24), caractérisée en ce que la pièce (20) comprend au moins un dissipateur thermique (30) qui présente au moins une première face (30.1) reliée thermiquement, directement ou indirectement, au composant électronique (24) ainsi qu’au moins une deuxième face (30.2) en contact avec une ambiance extérieure à la pièce. Pièce selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le dissipateur thermique (30) est un élément indépendant du corps (28), qui présente une première face (30.1) plaquée contre la deuxième face (24.2) du composant électronique (24) ainsi qu’une deuxième face (30.2) affleurant la face libre (28.1) du corps (28) ou en saillie par rapport à cette face libre (28.1). Pièce selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps (28) est réalisé en un matériau thermoconducteur ou en matière plastique comportant des charges thermoconductrices et forme le dissipateur thermique (30). Pièce selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dissipateur thermique (30) est indirectement relié au composant électronique (24) et positionné au niveau de la deuxième face (22.2) du support (22), le dissipateur thermique (30) étant réalisé en un matériau thermoconducteur injecté. Pièce selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la pièce (20) comprend au moins un élément conducteur (32) traversant le support (22) et reliant le composant électronique (24) situé au niveau de la première face (22.1) du support (22) et le dissipateur thermique (30) situé au niveau de la deuxième face (22.2) dudit support (22). Pièce selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que le dissipateur thermique (30) comprend une surface (30.2) en contact avec l’ambiance extérieure et configurée pour augmenter la surface d’échange entre le dissipateur thermique (30) et l’ambiance extérieure. Procédé d’obtention d’une pièce selon l’une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape d’impression d’au moins un circuit électronique (26) sur une première face (22.1) d’un support (22), une étape de pose d’au moins un composant électronique (24) sur la première face (22.1) du support (22), une étape de positionnement du support (22) dans un premier moule, la première face (22.1) du support (22) étant espacée du premier moule, une étape d’injection d’une matière dans le premier moule afin d’obtenir par surmoulage un corps (28) sur la première face (22.1) du support (22), une étape de positionnement de la pièce sans dissipateur thermique dans un deuxième moule, la deuxième face (22.2) du support (22) étant espacée du deuxième moule, puis une étape d’injection d’une matière thermoconductrice pour former par surmoulage un dissipateur thermique (30) au niveau de la deuxième face (22.2) du support (22). Procédé d’obtention selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape de réalisation d’au moins un orifice traversant (34) dans le support (22), au droit de l’emplacement de chaque composant électronique (24) nécessitant une dissipation thermique importante.