CA2872746A1 - Circuit electrique pour l'interconnexion d'un composant electrique, tel qu'un composant de puissance - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un circuit électrique comportant au moins un composant électrique, tel qu'un composant de puissance, et un circuit flex électrique (1), caractérisé en ce qu'il comprend au moins une pièce conductrice électrique (7) reliant ledit composant électrique audit circuit flex, ladite pièce conductrice électrique (7) étant pourvue d'au moins une première partie de contact (13) configurée pour recevoir en contact un élément de contact (9) dudit composant de puissance électrique et d'une deuxième partie de contact (15) configurée pour recevoir en contact une couche conductrice (3) dudit circuit flex électrique, l'étendue en largeur de la deuxième partie de contact (15) correspondant jusqu'à la largeur du circuit flex (1) et son étendue en longueur étant ajustée pour conférer une surface de contact propre à transmettre une densité de courant électriquecomprise entre 4,5 et 5,5 A/mm et permettant au circuit électrique de supporter un courant propre audit composant de puissance, à savoir compris entre 30 et 80 A..
Description
CIRCUIT ELECTRIQUE POUR L'INTERCONNEXION D'UN COMPOSANT
ELECTRIQUE, TEL QU'UN COMPOSANT DE PUISSANCE
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne un circuit électrique comportant des circuits électriques flexibles dits circuits flex, et l'application de ce circuit à
l'interconnexion de convertisseurs de puissance destinés notamment à être embarqués, en particulier intégrés dans des environnements sévères et dans la gestion de courants compris entre lA et 200A.
L'invention s'applique en particulier à l'électronique de commande d'actionneurs d'aéronefs, tels que des actionneurs de freinage, des actionneurs de commande de vol, etc..
ETAT DE LA TECHNIQUE
Actuellement, les convertisseurs de faible puissance sont généralement composés d'interrupteurs de puissance qui assurent la modulation du transfert d'énergie d'un réseau électrique à un autre, de condensateurs de découplage qui absorbent la modulation de transfert d'énergie et d'une électronique qui commande ces interrupteurs selon une logique définie par l'utilisateur. Le transfert d'énergie est contrôlé par une modulation de transfert, dite de découpage, qui consiste à alterner le couplage et le découplage des deux réseaux, dont un réseau est traité par les interrupteurs comme une source de tension et l'autre réseau comme une source de courant.
L'intégration des interrupteurs de puissance avec les condensateurs de découplage est un point clé du fonctionnement du système car la dynamique des courants de découpage de la source de courant par les interrupteurs de puissance est importante.
Cette dynamique des courants peut induire des surtensions sur les interrupteurs de plusieurs dizaines voire centaines de volts si l'inductance d'interconnexion entre les interrupteurs de puissance et la capacité de découplage n'est pas adaptée. Ces surtensions peuvent dégrader le rendement de la conversion électrique, dégrader les interrupteurs et rayonner de façon excessive.
Les solutions actuellement utilisées pour limiter les problèmes de surtensions est de positionner les éléments conducteurs métalliques de la source de tension de manière à minimiser l'inductance d'interconnexion parasite entre les interrupteurs de
ELECTRIQUE, TEL QU'UN COMPOSANT DE PUISSANCE
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne un circuit électrique comportant des circuits électriques flexibles dits circuits flex, et l'application de ce circuit à
l'interconnexion de convertisseurs de puissance destinés notamment à être embarqués, en particulier intégrés dans des environnements sévères et dans la gestion de courants compris entre lA et 200A.
L'invention s'applique en particulier à l'électronique de commande d'actionneurs d'aéronefs, tels que des actionneurs de freinage, des actionneurs de commande de vol, etc..
ETAT DE LA TECHNIQUE
Actuellement, les convertisseurs de faible puissance sont généralement composés d'interrupteurs de puissance qui assurent la modulation du transfert d'énergie d'un réseau électrique à un autre, de condensateurs de découplage qui absorbent la modulation de transfert d'énergie et d'une électronique qui commande ces interrupteurs selon une logique définie par l'utilisateur. Le transfert d'énergie est contrôlé par une modulation de transfert, dite de découpage, qui consiste à alterner le couplage et le découplage des deux réseaux, dont un réseau est traité par les interrupteurs comme une source de tension et l'autre réseau comme une source de courant.
L'intégration des interrupteurs de puissance avec les condensateurs de découplage est un point clé du fonctionnement du système car la dynamique des courants de découpage de la source de courant par les interrupteurs de puissance est importante.
Cette dynamique des courants peut induire des surtensions sur les interrupteurs de plusieurs dizaines voire centaines de volts si l'inductance d'interconnexion entre les interrupteurs de puissance et la capacité de découplage n'est pas adaptée. Ces surtensions peuvent dégrader le rendement de la conversion électrique, dégrader les interrupteurs et rayonner de façon excessive.
Les solutions actuellement utilisées pour limiter les problèmes de surtensions est de positionner les éléments conducteurs métalliques de la source de tension de manière à minimiser l'inductance d'interconnexion parasite entre les interrupteurs de
2 puissance et la capacité de découplage, notamment en superposant ces éléments conducteurs.
A ce jour, les convertisseurs de faible puissance sont réalisés à partir de composants de puissance dit discrets et de composants passifs tels que des condensateurs et inductances, et sont intégrés sur des cartes imprimées multicouches rigides, dites PCB ( printed circuit board en anglais), ou à partir de modules de puissance et de composants passifs interconnectés via un circuit électrique de bus bar rigide, dit bus bar rigide, composé de couches de conducteurs séparées les unes des autres par des couches d'isolant électrique .
Actuellement, les dispositifs électroniques embarqués nécessitent d'être toujours plus intégrés, notamment pour les applications aéronautiques, ce qui implique deux contraintes:
- la structure physique de ces dispositifs doit s'adapter à l'espace disponible, ce qui a pour conséquence de réaliser des montages physiquement complexes avec les moyens actuels, lesquels sont peu adaptables physiquement car les dispositifs PCB et bus-bar sont de structure physique généralement plane par nature ;
- la structure physique de ces dispositifs doit en outre résister à une augmentation de la température ambiante liée à la nature de la fonction qui est de convertir dans un espace confiné plus d'énergie électrique et avec un certain rendement, ce qui induit des échauffements.
Cet échauffement du système associé au report rigide de l'assemblage des composants de puissance engendre des contraintes thermomécaniques liées à
l'intégration des multiples matériaux en jeu (métallique polymères, ...) , lesquels ont des constantes d'expansion thermique propres différentes, et donc est susceptible de générer des contraintes thermomécaniques importante sur les parties de contact, notamment les joints de brasure de contact de l'assemblage, ce qui limite la durée de vie et la fiabilité de ce dernier.
Ainsi, les dispositifs électriques conventionnels pour l'interconnexion de convertisseurs électriques ont une température limitée de fonctionnement et ne conviennent pas dans des environnements sujets à un échauffement.
Actuellement, ces dispositifs sont généralement réalisés, soit par montage de composants dits discrets tels que supports à carte PCB, soit par BUS BAR.
Les composants de puissance dits discrets, par exemple des modules électriques à picots, sont montés sur un support à carte rigide (PCB) composé d'une succession de couches d'isolants et de conducteurs. La commande des composants de puissance est
A ce jour, les convertisseurs de faible puissance sont réalisés à partir de composants de puissance dit discrets et de composants passifs tels que des condensateurs et inductances, et sont intégrés sur des cartes imprimées multicouches rigides, dites PCB ( printed circuit board en anglais), ou à partir de modules de puissance et de composants passifs interconnectés via un circuit électrique de bus bar rigide, dit bus bar rigide, composé de couches de conducteurs séparées les unes des autres par des couches d'isolant électrique .
Actuellement, les dispositifs électroniques embarqués nécessitent d'être toujours plus intégrés, notamment pour les applications aéronautiques, ce qui implique deux contraintes:
- la structure physique de ces dispositifs doit s'adapter à l'espace disponible, ce qui a pour conséquence de réaliser des montages physiquement complexes avec les moyens actuels, lesquels sont peu adaptables physiquement car les dispositifs PCB et bus-bar sont de structure physique généralement plane par nature ;
- la structure physique de ces dispositifs doit en outre résister à une augmentation de la température ambiante liée à la nature de la fonction qui est de convertir dans un espace confiné plus d'énergie électrique et avec un certain rendement, ce qui induit des échauffements.
Cet échauffement du système associé au report rigide de l'assemblage des composants de puissance engendre des contraintes thermomécaniques liées à
l'intégration des multiples matériaux en jeu (métallique polymères, ...) , lesquels ont des constantes d'expansion thermique propres différentes, et donc est susceptible de générer des contraintes thermomécaniques importante sur les parties de contact, notamment les joints de brasure de contact de l'assemblage, ce qui limite la durée de vie et la fiabilité de ce dernier.
Ainsi, les dispositifs électriques conventionnels pour l'interconnexion de convertisseurs électriques ont une température limitée de fonctionnement et ne conviennent pas dans des environnements sujets à un échauffement.
Actuellement, ces dispositifs sont généralement réalisés, soit par montage de composants dits discrets tels que supports à carte PCB, soit par BUS BAR.
Les composants de puissance dits discrets, par exemple des modules électriques à picots, sont montés sur un support à carte rigide (PCB) composé d'une succession de couches d'isolants et de conducteurs. La commande des composants de puissance est
3 généralement intégrée sur cette carte. Cette solution d'assemblage, pratique et d'un coût pertinent, est généralement utilisée pour la réalisation de convertisseurs de faible ou moyenne puissance. De plus, elle permet d'intégrer l'interconnexion des composants de puissance et des composants de commande. Cependant, cette solution d'assemblage des composants n'offre pas une facilité d'intégration physique de ceux-ci dans les trois axes de l'espace ou en 3D et sa durée de vie ainsi que la fiabilité de fonctionnement restent limitées, en particulier dans le cas de cycles thermiques élevés et/ou fréquents de fonctionnement.
Dans les montages par bus bar, les composants de puissance sont généralement reportés sur un support rigide pouvant être mis en forme par pliage, composés généralement de couches de conducteurs séparées de couches d'isolant électrique. La connexion avec la commande des composants se fait via des connectiques sur des modules de puissance. Ces montages sont d'un cout élevé, étant généralement utilisés pour la réalisation de convertisseurs de moyenne et forte puissance. Ils offrent des facilités d'intégration 3 D des composants qui restent cependant limitées. Par ailleurs, les moyens d'interconnexion démontables de type vis-écrou qui peuvent être utilisés limitent l'intégration mécanique des composants et augmentent les coûts de montage.
EXPOSE DE L'INVENTION
L'invention vise à réaliser une interconnexion de composants de puissance sur des montages de circuit électrique embarqués, notamment intégrés dans des environnements sévères et assurant la gestion de courants supérieurs à 1A et inférieurs à 200A.
Il est proposé un circuit électrique conforme à la revendication 1.
On entend par densité de courant homogène une densité de courant sensiblement constante en tout point de la surface de contact.
Ladite densité de courant est avantageusement comprise entre 4,5 et 5,5 A/mm2, de préférence comprise entre 4,8 et 5,2 N mm2 et en particulier est égale à 5 N mm2.
Un tel circuit électrique permet ainsi de relier un composant de puissance électrique à un circuit flex électrique, circuit relativement souple et donc adaptable en 3 D dans un espace disponible, en limitant la densité de courant sur les contacts, ce qui a pour effet de réduire d'une part, l'échauffement de transmission du courant sur les parties de contact et d'autre part, les contraintes mécaniques sur les parties de contact.
Dans les montages par bus bar, les composants de puissance sont généralement reportés sur un support rigide pouvant être mis en forme par pliage, composés généralement de couches de conducteurs séparées de couches d'isolant électrique. La connexion avec la commande des composants se fait via des connectiques sur des modules de puissance. Ces montages sont d'un cout élevé, étant généralement utilisés pour la réalisation de convertisseurs de moyenne et forte puissance. Ils offrent des facilités d'intégration 3 D des composants qui restent cependant limitées. Par ailleurs, les moyens d'interconnexion démontables de type vis-écrou qui peuvent être utilisés limitent l'intégration mécanique des composants et augmentent les coûts de montage.
EXPOSE DE L'INVENTION
L'invention vise à réaliser une interconnexion de composants de puissance sur des montages de circuit électrique embarqués, notamment intégrés dans des environnements sévères et assurant la gestion de courants supérieurs à 1A et inférieurs à 200A.
Il est proposé un circuit électrique conforme à la revendication 1.
On entend par densité de courant homogène une densité de courant sensiblement constante en tout point de la surface de contact.
Ladite densité de courant est avantageusement comprise entre 4,5 et 5,5 A/mm2, de préférence comprise entre 4,8 et 5,2 N mm2 et en particulier est égale à 5 N mm2.
Un tel circuit électrique permet ainsi de relier un composant de puissance électrique à un circuit flex électrique, circuit relativement souple et donc adaptable en 3 D dans un espace disponible, en limitant la densité de courant sur les contacts, ce qui a pour effet de réduire d'une part, l'échauffement de transmission du courant sur les parties de contact et d'autre part, les contraintes mécaniques sur les parties de contact.
4 Cette maitrise de la densité de passage du courant sur les parties de contact du composant au circuit flex permet alors à ce dernier de supporter un courant électrique plus important que celui d'un montage classique et donc autorise une connexion d'un composant de puissance au circuit flex ainsi équipé dans des courants compris entre 1 et 200 A, en particulier des courants de 30 à 80 A.
Ladite pièce conductrice électrique est avantageusement une pièce métallique, de préférence en cuivre, laiton ou aluminium, comportant des parties de contact relativement étendues et massives, ce qui permet de maitriser la densité de passage du courant dans la zone de contact et d'absorber les concentrations locales d'effort mécanique dans cette zone de contact.
La pièce conductrice électrique peut avoir la forme d'un manchon cylindrique ou d'une portion de manchon cylindrique pourvu d'une couronne plate, la première partie de contact étant constituée par la face interne cylindrique du manchon ou de la portion de manchon et la deuxième partie de contact est constituée par une face de la couronne.
L'étendue en largeur de ladite deuxième partie de contact peut notamment correspondre jusqu'à la largeur du circuit flex. L'étendue en longueur (transversalement à la largeur) de la deuxième partie de contact est alors ajustée pour conférer une surface de contact propre à transmettre ladite densité de courant électrique inférieure à
20 A/mm2.
En outre ladite pièce conductrice électrique est avantageusement conformée pour permettre une jonction des parties de contact avec le circuit flex et le composant qui puisse être effectuée dans un procédé de jonction déterminé, par exemple un brasage tendre ou dur, un soudage électrique ou laser, un frittage etc..
La première partie de contact peut avoir une surface complémentaire de l'élément de contact du composant, par exemple de la broche ou patte de contact du composant, étant conformée pour venir en contact avec l'élément de contact du composant, en particulier ladite broche de contact ou ladite patte de contact du composant.
La deuxième partie de contact peut avoir une surface plane conformée pour venir en contact plan avec ladite couche conductrice du circuit flex.
La pièce conductrice électrique ou diffuseur de courant a avantageusement la forme d'un manchon cylindrique pourvu d'une couronne plate à l'une de ses extrémités ou sur sa périphérie, étant conformée pour venir en contact avec une broche pin du composant par la face interne cylindrique du manchon et venir en contact avec une couche conductrice du circuit flex par une face externe de la couronne.
La première partie de contact est ainsi constituée par au moins une partie de la face interne cylindrique du manchon.
La deuxième partie de contact est alors constituée par ladite face externe de la couronne.
La première partie de contact peut encore être à forme de portion de cylindre, venant en contact avec une partie d'extrémité d'une broche de contact du composant électrique et sur une partie de la section de la broche de contact, et la deuxième partie de contact est une couronne plate appliquée par sa surface externe sur la surface de la couche conductrice inférieure du circuit flex.
La broche de contact ou broche pin peut être en outre montée traversante, partiellement ou totalement, du circuit flex, par exemple par un trou métallisé ou via.du circuit flex.
Le circuit flex, constitué de couches de cuivre isolées entre elles par une couche d'isolant diélectrique, a avantageusement une section d'épaisseur inférieure à
environ 30 micromètres, qui autorise la flexion et torsion du circuit flex, par exemple en adaptation à un espace disponible dans un environnement intégré, et de ménager au moins un axe de liberté audit composant électrique qui lui est relié.
Le circuit flex est avantageusement constitué de deux couches de cuivre isolées entre elles par une couche médiane d'isolant diélectrique.
Le circuit flex peut comporter en plus dudit composant de puissance d'autres composants électriques, par exemple un ou des composants passifs, avantageusement un composant de commande du circuit.
Ledit isolant diélectrique est avantageusement une résine polyimide, laquelle résiste à une température supérieure à 200 C, ce qui permet de pouvoir réaliser, outre un montage brasé à une température élevée améliorant la fiabilité et la durée de vie de l'assemblage, un montage résistant aux échauffements en environnement confiné.
L'invention concerne également une nouvelle utilisation d'un circuit électrique tel que décrit ci dessus pour l'interconnexion de convertisseurs de puissance destinés notamment à être embarqués, en particulier intégrés dans des environnements sévères.
Des exemples de réalisation de l'invention sont à présent décrits en référence au dessin annexé, sur lequel :
la figure 1 est une vue schématique en élévation d'un circuit électrique selon un mode de réalisation de l'invention et la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 d'une variante de réalisation.
DESCRIPTION DETAILLEE
Des signes de référence identiques, utilisés dans les figures, se rapportent à
des éléments identiques ou techniquement équivalents.
Les termes supérieur , médian et inférieur se réfèrent au positionnement relatif en mode standard d'utilisation ou de montage.
Les termes longitudinal et transversal qualifient des éléments s'étendant respectivement selon une direction donnée et selon un plan perpendiculaire à
cette direction.
Avec référence à la figure 1, le circuit électrique représenté comprend un circuit flex 1 qui est un circuit flex double face comportant deux couches conductrices électriques planes imprimées 3, en cuivre par exemple. Ces couches conductrices 3 sont superposées et isolées l'une de l'autre par une couche de résine diélectrique plane médiane 5, à haute résistance thermique, de type polyimide par exemple.
L'épaisseur de chacune des couches conductrices 3 et isolante 5 est égale ici à environ 10 micromètres. Par conséquent, l'épaisseur de la section du circuit flex est d'environ 30 micromètres, ce qui lui confère une capacité de flexion et torsion. La largeur du circuit flex est égale à 3 à 5 centimètres, ce qui autorise la transmission par le circuit d'un courant de 50 à 70 A pour une densité de courant passant dans le flex inférieure à 10A
/mm2. Un tel courant peut en effet être celui d'un composant électrique, par exemple celui d'un composant de faible à moyenne puissance (non représenté), tel qu'il sera décrit ci après .
Le circuit flex 1 comprend deux pièces 7 formant interface de contact entre le circuit flex et le composant de puissance. Ces pièces de contact 7 sont dénommées ci après dispositifs diffuseurs de courant électrique.
Le composant peut comporter deux broches de contact cylindriques 9 à forme de pin (seules représentées). La liaison électrique de ces broches 9 avec le circuit flex 1 est réalisée au moyen des deux pièces conductrices électriques ou dispositifs diffuseurs de courant électrique 7.
Ces dispositifs diffuseurs de courant électrique 7 relient en effet chacune des broches 9 du composant électrique à une couche conductrice respective 3 du circuit flex. Ces broches 9 sont disposées chacune dans un trou métallisé ou via 11 formé
dans le circuit flex, perpendiculairement à la surface de ce dernier. Un via inférieur 11 sur le circuit flex est ainsi formé pour la broche gauche 9 (à gauche sur la figure) et un via supérieur 11 sur le circuit flex est formé pour la broche droite.
Les diffuseurs de courant électrique 7 sont identiques, consistant chacun en une pièce métallique bon conducteur électrique, de préférence en cuivre, et comportant deux parties de contact 13, 15, configurées chacune, respectivement, pour s'appliquer en contact électrique avec l'une des broches 9 du composant électrique et avec une couche conductrice 3 du circuit flex.
La pièce diffuseur de courant 7 a ici la forme d'un manchon cylindrique 17 pourvu d'une couronne plate 19 à l'une de ses extrémités, étant conformée pour venir en contact avec une broche pin 9 du composant par la face interne cylindrique 21 du manchon et venir en contact avec une couche conductrice 3 du circuit flex par une face externe 23 de la couronne.
La première partie de contact 13 est ainsi constituée par la face interne cylindrique 21 du manchon.
La deuxième partie de contact 15 est alors constituée par ladite face externe de la couronne.
La jonction de contact des deux parties de contact 13, 15, respectivement avec une broche 9 du composant et avec une couche conductrice 3 du circuit flex, est obtenue par un brasage de jonction des pièces. Ce brasage apporte une couche de brasure intermédiaire conductrice 25 entre les parties de contact en vis à
vis, celles 13 correspondant à la broche 9 du composant et celles 15 correspondant à la couche conductrice 3 du circuit flex, cette couche intermédiaire conductrice de jonction 25 débordant légèrement à l'extérieur de chaque partie de contact 13, 15.
On voit sur la figure que la pièce diffuseur de courant 7 de par son aspect massif et l'étendue de sa surface (de la partie 15) en contact avec le flex permet de réduire la densité de courant électrique dans les zones de contact, laquelle est ajustée à une valeur inférieure à 20 A/mm2, de préférence comprise entre 4,5 et 5,5 A/mm2, relativement à la surface de contact des parties de contact 13, 15 avec le composant et le circuit flex, respectivement. Cette caractéristique réduit l'échauffement des liaisons de contact et fiabilise largement le montage de connexion.
De plus, le caractère massif des diffuseurs de courant 7 leur donne suffisamment de solidité pour constituer un éventuel point de liaison mécanique entre le circuit flex et le composant, permettant par exemple de lier mécaniquement le circuit flex au composant électrique monté sachant que le circuit flex peut être déformé pour s'adapter au positionnement du composant. Inversement, la déformation possible du circuit flex en flexion et en torsion permet de donner une certaine liberté de positionnement du composant sur le circuit flex pour s'adapter à l'espace disponible, notamment dans le cadre d'un montage intégré.
Les pièces diffuseurs de contact 7 peuvent avoir une autre forme, voir la figure 2, que celle décrite ci-dessus. La pièce diffuseur 7, à gauche sur la figure, a toujours une forme de manchon 17 mais celui-ci est plus long que précédemment, étant monté
traversant dans le circuit flex par un via traversant 11 formé dans le circuit flex. Cette pièce diffuseur comporte en outre une couronne de contact 19 sur sa périphérie, sensiblement dans la partie supérieure du manchon, cette couronne venant en contact par sa face inférieure avec la surface de la couche conductrice supérieure 3 du flex.
La pièce diffuseur 7, à droite sur la figure, comporte une première partie de contact de forme en portion de cylindre 27, par exemple demi cylindrique, venant en contact avec une partie d'extrémité de la broche 9 et sur une partie de sa section (la moitié), et la deuxième partie de contact est une couronne plate 29 appliquée par sa surface externe sur la surface de la couche conductrice inférieure 3 du flex.
Selon cette variante, les broches de contact 9 sont externes au circuit flex 1, étant au dessous de celui-ci.
L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. Il est par exemple possible de prévoir d'autres formes pour les parties de contact des diffuseurs de courant, lesquels sont adaptés à la forme (complémentaire) des éléments de contact du composant électrique à monter.
Ladite pièce conductrice électrique est avantageusement une pièce métallique, de préférence en cuivre, laiton ou aluminium, comportant des parties de contact relativement étendues et massives, ce qui permet de maitriser la densité de passage du courant dans la zone de contact et d'absorber les concentrations locales d'effort mécanique dans cette zone de contact.
La pièce conductrice électrique peut avoir la forme d'un manchon cylindrique ou d'une portion de manchon cylindrique pourvu d'une couronne plate, la première partie de contact étant constituée par la face interne cylindrique du manchon ou de la portion de manchon et la deuxième partie de contact est constituée par une face de la couronne.
L'étendue en largeur de ladite deuxième partie de contact peut notamment correspondre jusqu'à la largeur du circuit flex. L'étendue en longueur (transversalement à la largeur) de la deuxième partie de contact est alors ajustée pour conférer une surface de contact propre à transmettre ladite densité de courant électrique inférieure à
20 A/mm2.
En outre ladite pièce conductrice électrique est avantageusement conformée pour permettre une jonction des parties de contact avec le circuit flex et le composant qui puisse être effectuée dans un procédé de jonction déterminé, par exemple un brasage tendre ou dur, un soudage électrique ou laser, un frittage etc..
La première partie de contact peut avoir une surface complémentaire de l'élément de contact du composant, par exemple de la broche ou patte de contact du composant, étant conformée pour venir en contact avec l'élément de contact du composant, en particulier ladite broche de contact ou ladite patte de contact du composant.
La deuxième partie de contact peut avoir une surface plane conformée pour venir en contact plan avec ladite couche conductrice du circuit flex.
La pièce conductrice électrique ou diffuseur de courant a avantageusement la forme d'un manchon cylindrique pourvu d'une couronne plate à l'une de ses extrémités ou sur sa périphérie, étant conformée pour venir en contact avec une broche pin du composant par la face interne cylindrique du manchon et venir en contact avec une couche conductrice du circuit flex par une face externe de la couronne.
La première partie de contact est ainsi constituée par au moins une partie de la face interne cylindrique du manchon.
La deuxième partie de contact est alors constituée par ladite face externe de la couronne.
La première partie de contact peut encore être à forme de portion de cylindre, venant en contact avec une partie d'extrémité d'une broche de contact du composant électrique et sur une partie de la section de la broche de contact, et la deuxième partie de contact est une couronne plate appliquée par sa surface externe sur la surface de la couche conductrice inférieure du circuit flex.
La broche de contact ou broche pin peut être en outre montée traversante, partiellement ou totalement, du circuit flex, par exemple par un trou métallisé ou via.du circuit flex.
Le circuit flex, constitué de couches de cuivre isolées entre elles par une couche d'isolant diélectrique, a avantageusement une section d'épaisseur inférieure à
environ 30 micromètres, qui autorise la flexion et torsion du circuit flex, par exemple en adaptation à un espace disponible dans un environnement intégré, et de ménager au moins un axe de liberté audit composant électrique qui lui est relié.
Le circuit flex est avantageusement constitué de deux couches de cuivre isolées entre elles par une couche médiane d'isolant diélectrique.
Le circuit flex peut comporter en plus dudit composant de puissance d'autres composants électriques, par exemple un ou des composants passifs, avantageusement un composant de commande du circuit.
Ledit isolant diélectrique est avantageusement une résine polyimide, laquelle résiste à une température supérieure à 200 C, ce qui permet de pouvoir réaliser, outre un montage brasé à une température élevée améliorant la fiabilité et la durée de vie de l'assemblage, un montage résistant aux échauffements en environnement confiné.
L'invention concerne également une nouvelle utilisation d'un circuit électrique tel que décrit ci dessus pour l'interconnexion de convertisseurs de puissance destinés notamment à être embarqués, en particulier intégrés dans des environnements sévères.
Des exemples de réalisation de l'invention sont à présent décrits en référence au dessin annexé, sur lequel :
la figure 1 est une vue schématique en élévation d'un circuit électrique selon un mode de réalisation de l'invention et la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 d'une variante de réalisation.
DESCRIPTION DETAILLEE
Des signes de référence identiques, utilisés dans les figures, se rapportent à
des éléments identiques ou techniquement équivalents.
Les termes supérieur , médian et inférieur se réfèrent au positionnement relatif en mode standard d'utilisation ou de montage.
Les termes longitudinal et transversal qualifient des éléments s'étendant respectivement selon une direction donnée et selon un plan perpendiculaire à
cette direction.
Avec référence à la figure 1, le circuit électrique représenté comprend un circuit flex 1 qui est un circuit flex double face comportant deux couches conductrices électriques planes imprimées 3, en cuivre par exemple. Ces couches conductrices 3 sont superposées et isolées l'une de l'autre par une couche de résine diélectrique plane médiane 5, à haute résistance thermique, de type polyimide par exemple.
L'épaisseur de chacune des couches conductrices 3 et isolante 5 est égale ici à environ 10 micromètres. Par conséquent, l'épaisseur de la section du circuit flex est d'environ 30 micromètres, ce qui lui confère une capacité de flexion et torsion. La largeur du circuit flex est égale à 3 à 5 centimètres, ce qui autorise la transmission par le circuit d'un courant de 50 à 70 A pour une densité de courant passant dans le flex inférieure à 10A
/mm2. Un tel courant peut en effet être celui d'un composant électrique, par exemple celui d'un composant de faible à moyenne puissance (non représenté), tel qu'il sera décrit ci après .
Le circuit flex 1 comprend deux pièces 7 formant interface de contact entre le circuit flex et le composant de puissance. Ces pièces de contact 7 sont dénommées ci après dispositifs diffuseurs de courant électrique.
Le composant peut comporter deux broches de contact cylindriques 9 à forme de pin (seules représentées). La liaison électrique de ces broches 9 avec le circuit flex 1 est réalisée au moyen des deux pièces conductrices électriques ou dispositifs diffuseurs de courant électrique 7.
Ces dispositifs diffuseurs de courant électrique 7 relient en effet chacune des broches 9 du composant électrique à une couche conductrice respective 3 du circuit flex. Ces broches 9 sont disposées chacune dans un trou métallisé ou via 11 formé
dans le circuit flex, perpendiculairement à la surface de ce dernier. Un via inférieur 11 sur le circuit flex est ainsi formé pour la broche gauche 9 (à gauche sur la figure) et un via supérieur 11 sur le circuit flex est formé pour la broche droite.
Les diffuseurs de courant électrique 7 sont identiques, consistant chacun en une pièce métallique bon conducteur électrique, de préférence en cuivre, et comportant deux parties de contact 13, 15, configurées chacune, respectivement, pour s'appliquer en contact électrique avec l'une des broches 9 du composant électrique et avec une couche conductrice 3 du circuit flex.
La pièce diffuseur de courant 7 a ici la forme d'un manchon cylindrique 17 pourvu d'une couronne plate 19 à l'une de ses extrémités, étant conformée pour venir en contact avec une broche pin 9 du composant par la face interne cylindrique 21 du manchon et venir en contact avec une couche conductrice 3 du circuit flex par une face externe 23 de la couronne.
La première partie de contact 13 est ainsi constituée par la face interne cylindrique 21 du manchon.
La deuxième partie de contact 15 est alors constituée par ladite face externe de la couronne.
La jonction de contact des deux parties de contact 13, 15, respectivement avec une broche 9 du composant et avec une couche conductrice 3 du circuit flex, est obtenue par un brasage de jonction des pièces. Ce brasage apporte une couche de brasure intermédiaire conductrice 25 entre les parties de contact en vis à
vis, celles 13 correspondant à la broche 9 du composant et celles 15 correspondant à la couche conductrice 3 du circuit flex, cette couche intermédiaire conductrice de jonction 25 débordant légèrement à l'extérieur de chaque partie de contact 13, 15.
On voit sur la figure que la pièce diffuseur de courant 7 de par son aspect massif et l'étendue de sa surface (de la partie 15) en contact avec le flex permet de réduire la densité de courant électrique dans les zones de contact, laquelle est ajustée à une valeur inférieure à 20 A/mm2, de préférence comprise entre 4,5 et 5,5 A/mm2, relativement à la surface de contact des parties de contact 13, 15 avec le composant et le circuit flex, respectivement. Cette caractéristique réduit l'échauffement des liaisons de contact et fiabilise largement le montage de connexion.
De plus, le caractère massif des diffuseurs de courant 7 leur donne suffisamment de solidité pour constituer un éventuel point de liaison mécanique entre le circuit flex et le composant, permettant par exemple de lier mécaniquement le circuit flex au composant électrique monté sachant que le circuit flex peut être déformé pour s'adapter au positionnement du composant. Inversement, la déformation possible du circuit flex en flexion et en torsion permet de donner une certaine liberté de positionnement du composant sur le circuit flex pour s'adapter à l'espace disponible, notamment dans le cadre d'un montage intégré.
Les pièces diffuseurs de contact 7 peuvent avoir une autre forme, voir la figure 2, que celle décrite ci-dessus. La pièce diffuseur 7, à gauche sur la figure, a toujours une forme de manchon 17 mais celui-ci est plus long que précédemment, étant monté
traversant dans le circuit flex par un via traversant 11 formé dans le circuit flex. Cette pièce diffuseur comporte en outre une couronne de contact 19 sur sa périphérie, sensiblement dans la partie supérieure du manchon, cette couronne venant en contact par sa face inférieure avec la surface de la couche conductrice supérieure 3 du flex.
La pièce diffuseur 7, à droite sur la figure, comporte une première partie de contact de forme en portion de cylindre 27, par exemple demi cylindrique, venant en contact avec une partie d'extrémité de la broche 9 et sur une partie de sa section (la moitié), et la deuxième partie de contact est une couronne plate 29 appliquée par sa surface externe sur la surface de la couche conductrice inférieure 3 du flex.
Selon cette variante, les broches de contact 9 sont externes au circuit flex 1, étant au dessous de celui-ci.
L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. Il est par exemple possible de prévoir d'autres formes pour les parties de contact des diffuseurs de courant, lesquels sont adaptés à la forme (complémentaire) des éléments de contact du composant électrique à monter.
Claims (11)
1. Circuit électrique comportant au moins un composant électrique, tel qu'un composant de puissance, et un circuit flex électrique (1), caractérisé en ce qu'il comprend au moins une pièce conductrice électrique (7) reliant ledit composant électrique audit circuit flex, ladite pièce conductrice électrique (7) étant pourvue d'au moins une première partie de contact (13) configurée pour recevoir en contact un élément de contact (9) dudit composant de puissance électrique et d'une deuxième partie de contact (15) configurée pour recevoir en contact une couche conductrice (3) dudit circuit flex électrique, l'étendue en largeur de la deuxième partie de contact (15) correspondant jusqu'à la largeur du circuit flex (1) et son étendue en longueur étant ajustée pour conférer une surface de contact propre à transmettre une densité
de courant électrique comprise entre 4,5 et 5,5 A/mm2 et permettant au circuit électrique de supporter un courant propre audit composant de puissance, à savoir compris entre 30 et 80 A.
de courant électrique comprise entre 4,5 et 5,5 A/mm2 et permettant au circuit électrique de supporter un courant propre audit composant de puissance, à savoir compris entre 30 et 80 A.
2. Circuit électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites première et deuxième parties de contact (13, 15) sont conformées pour transmettre une densité de courant électrique égale à 5 A/mm2 entre la surface de contact des parties de contact (13, 15) avec le composant et le circuit flex.
3. Circuit électrique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite pièce conductrice électrique (7) est une pièce métallique, comportant des parties de contact (13, 15) relativement étendues et massives.
4. Circuit électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la pièce conductrice électrique (7) a la forme d'un manchon cylindrique (17) ou d'une portion de manchon cylindrique (27) pourvu d'une couronne plate (19, 29), la première partie de contact (13) étant constituée par la face interne cylindrique (21) du manchon ou de la portion de manchon et la deuxième partie de contact (15) est constituée par une face de la couronne (19, 29).
5. Circuit électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite pièce conductrice électrique (7) est conformée pour permettre une jonction des parties de contact (13, 15) avec le circuit flex (1) et le composant dans un procédé
de jonction déterminé, par exemple un brasage tendre ou dur, un soudage électrique ou laser, un frittage.
de jonction déterminé, par exemple un brasage tendre ou dur, un soudage électrique ou laser, un frittage.
6. Circuit électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première partie de contact (13) a une surface complémentaire de l'élément de contact (9) du composant, par exemple de la broche ou patte de contact du composant, étant conformée pour venir en contact avec l'élément de contact (9) du composant et la deuxième partie de contact (15) a une surface plane conformée pour venir en contact plan avec une couche conductrice (3) du circuit flex.
7. Circuit électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce diffuseur de courant (7) a la forme d'un manchon cylindrique (17) pourvu d'une couronne plate (19) à l'une de ses extrémités ou sur sa périphérie, étant conformée pour venir en contact avec une broche pin (9) du composant par la face interne cylindrique (21) du manchon et venir en contact avec une couche conductrice (3) du circuit flex par une face externe (23) de la couronne, la première partie de contact (13) étant constituée par au moins une partie de la face interne cylindrique du manchon (17) et la deuxième partie de contact (15) est constituée par ladite face externe (23) de la couronne.
8. Circuit électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première partie de contact est à forme de portion de cylindre (27), venant en contact avec une partie d'extrémité d'une broche de contact (3) du composant électrique et sur une partie de la section de la broche de contact, et la deuxième partie de contact est une couronne plate (29) appliquée par sa surface externe sur la surface de la couche conductrice inférieure (3) du circuit flex.
9. Circuit électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit flex (1), constitué de couches de cuivre (3) isolées entre elles par une couche d'isolant diélectrique (5), a une section d'épaisseur inférieure à
environ 30 micromètres.
environ 30 micromètres.
10. Circuit électrique selon la revendication 9, dans lequel ledit isolant diélectrique (5) est une résine polyimide.
11. Utilisation d'un circuit électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes pour l'interconnexion de convertisseurs de puissance destinés notamment à être embarqués, en particulier intégrés dans des environnements sévères.
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| FR2822632A1 (fr) | Carte electronique et circuit correspondant |
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| Date | Code | Title | Description |
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| EEER | Examination request |
Effective date: 20180427 |
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| MKLA | Lapsed |
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