EP2979522A1 - Module de commande d'un appareil electrique - Google Patents

Module de commande d'un appareil electrique

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Publication number
EP2979522A1
EP2979522A1 EP14714201.2A EP14714201A EP2979522A1 EP 2979522 A1 EP2979522 A1 EP 2979522A1 EP 14714201 A EP14714201 A EP 14714201A EP 2979522 A1 EP2979522 A1 EP 2979522A1
Authority
EP
European Patent Office
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circuit board
control module
printed circuit
substrate
terminal
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14714201.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Bertrand Puzenat
Jonathan FOURNIER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2979522A1 publication Critical patent/EP2979522A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00—Air heaters
    • F24H3/02—Air heaters with forced circulation
    • F24H3/04—Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element
    • F24H3/0405—Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element using electric energy supply, e.g. the heating medium being a resistive element; Heating by direct contact, i.e. with resistive elements, electrodes and fins being bonded together without additional element in-between
    • F24H3/0429—For vehicles
    • F24H3/0441—Interfaces between the electrodes of a resistive heating element and the power supply means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00—Air heaters
    • F24H3/02—Air heaters with forced circulation
    • F24H3/04—Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element
    • F24H3/0405—Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element using electric energy supply, e.g. the heating medium being a resistive element; Heating by direct contact, i.e. with resistive elements, electrodes and fins being bonded together without additional element in-between
    • F24H3/0429—For vehicles
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    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/18—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components
    • H05K1/182—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components associated with components mounted in the printed circuit board, e.g. insert mounted components [IMC]
    • H05K1/184—Components including terminals inserted in holes through the printed circuit board and connected to printed contacts on the walls of the holes or at the edges thereof or protruding over or into the holes
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a control module of an electrical apparatus, and a heating device, in particular for a motor vehicle, comprising such a control module.
  • the invention applies in particular to the technical field of additional electric heating devices for motor vehicles.
  • Such heaters are particularly used in the first minutes of starting a motor vehicle, when the engine is not hot enough to ensure the supply of hot air in the passenger compartment of the vehicle.
  • This heating time is for example between 15 and 20 minutes for a Diesel type engine.
  • Such an additional heating device generally comprises a support frame on which are mounted parallel heating modules arranged to be traversed by a flow of air to be heated.
  • Each heating module comprises two electrodes between which are placed resistive elements of positive temperature coefficient (PTC) type.
  • PTC positive temperature coefficient
  • Two opposite heat sinks are attached to the electrodes, so as to increase the exchange surface with the air flow to be heated.
  • the heat sinks are for example formed of pleated or corrugated metal ribbons.
  • Each heating module thus comprises a positive terminal electrically connected to the positive terminal of a battery, and a negative terminal electrically connected to the negative terminal of the battery via a power transistor, such as a transistor.
  • a power transistor such as a transistor.
  • MOSFET metal-oxide gate field effect
  • each MOSFET is soldered to a printed circuit board of a control module, also called a driver.
  • the control module is mounted in a housing fixed to the support frame.
  • Each MOSFET comprises a first terminal called a drain and connected to the negative terminal of the corresponding heating module, a second terminal called a source and connected to the negative terminal or ground of the battery, and a third terminal called a gate used for the input of a control signal for controlling the opening and closing of the MOSFET.
  • the various electrical connections may in particular be provided by conductive bars mechanically connected to each other by an electrically insulating lining fixed on the printed circuit board.
  • Such a heating device is in particular known from FR 2 954 606, in the name of the Applicant.
  • the amount of heat dissipated is greater, for example of the order of 20 to 30 Watts.
  • this bar is welded to a copper conductive track of the printed circuit board, this track having a reduced thickness, for example between 60 and 80 microns. Given the small thickness of this track, it is necessary to use expensive MOSFETs, which have a relatively low Rdson on-resistance, so as to limit the amount of heat released by the MOSFETs.
  • the invention aims in particular to provide a simple, effective and economical solution to this problem.
  • a control module of an electrical apparatus comprising a printed circuit board and an electronic power component mounted on a substrate of thermally conductive material separate from the printed circuit board, at least one member made of thermally thermally conductive material. conductor extending from said substrate, so as to dissipate the heat generated by the electronic power component.
  • the sections of the substrate and the thermally conductive member are adapted to the transfer of the maximum thermal flux to be dissipated.
  • the organ of conductive material is placed in a stream of air, so as to promote the dissipation of heat.
  • said substrate and said member are also electrically conductive, so as to form both a heat sink and a part of an electrical circuit.
  • the electronic power component is a power transistor, for example a metal-oxide gate field effect transistor.
  • the substrate has a thickness substantially equal to 1 mm.
  • the substrate may be copper and may preferably be coated on its face intended to accommodate the electronic power component, a tin layer and / or a nickel layer.
  • the substrate can be removed from the printed circuit board.
  • the power electronic component being spaced apart or remote from the printed circuit board, heat transmission by conduction to the other electronic components is avoided.
  • the substrate may be separated from the card for example by a slot opening at its ends on a peripheral edge of the printed circuit board.
  • the substrate is located in the plane of the printed circuit board.
  • the member of conductive material may be an electrical connecting member fixed on the printed circuit board and connected to one of the terminals of the electronic power component.
  • a first connecting member is electrically connected to a first terminal of the electronic power component and to the substrate, a second connecting member being electrically connected to a second terminal of the electronic power component, the two connecting members being mechanically connected to one another via an electrically insulating liner, said liner being fixed on the printed circuit board.
  • the invention also relates to a heating device, in particular for a motor vehicle, comprising a control module of the aforementioned type, at least one heating module comprising a first terminal electrically connected to a first terminal of a battery, a second terminal electrically connected. a first terminal of the power electronic component and the substrate, via a first electrical connection member, a second terminal of the battery being electrically connected to a second terminal of the electronic power component, via a second electrical connection member.
  • the first terminal of the heating and / or air conditioning module is electrically connected to the first terminal of the battery via a third electrical connection member, the three link being mechanically connected to one another via an electrically insulating lining affixed to the printed circuit board.
  • the connecting members are for example conducting bars.
  • FIG. 1 is a front view of a heating device according to the invention
  • FIG. 2 is a perspective view, from the front, of a control module according to the invention belonging to the heating device of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a perspective view, from the rear, of a part of the control module of FIG. 2,
  • FIG. 4 is a diagrammatic cross-sectional view of part of the control module of FIGS. 2 and 3,
  • FIG. 5 is a view from above of the above-mentioned control module
  • FIG. 6 is a view from above of a printed circuit board and substrates of the MOSFETs belonging to the control module according to the invention.
  • FIG. 7 is a schematic view of the electric power wiring of the heating device
  • FIG. 8 is a plan view of a panel used for producing printed circuit boards
  • Figure 9 is a view of a portion of the panel of Figure 8.
  • Figure 1 shows an additional electric heating device 1 according to the invention for fitting a motor vehicle. Such a heating device 1 is particularly used in the first minutes of use of the motor vehicle, when the engine is not hot enough to ensure the supply of hot air in the passenger compartment of the vehicle.
  • This heating device 1 comprises a support frame 2 of parallelepiped shape on which are mounted heating modules 3 parallel and arranged to be traversed by a flow of air to be heated.
  • the heating modules 3 are controlled by means of a control module 4 (FIGS. 2 and 5) or "driver” mounted in a housing 5 fixed to the support frame 2.
  • Each heating module 3 comprises two electrodes or terminals referenced “+” and “-” in Figure 7, between which are placed resistive elements 6 ( Figure 7) type positive temperature coefficient.
  • Two opposed heat sinks 8 are attached to the electrodes, so as to increase the exchange surface with the air flow to be heated.
  • the heat sinks 8 are for example formed of pleated or corrugated metal ribbons.
  • Each heating module 3 thus comprises a positive terminal electrically connected to the positive terminal of a battery 9, and a negative terminal electrically connected to the negative terminal of the battery 9 via a power transistor, such as a metal-oxide gate field effect transistor 10, also called a MOSFET.
  • a power transistor such as a metal-oxide gate field effect transistor 10, also called a MOSFET.
  • the control module 4 comprises a printed circuit board 11 on which are welded or mounted various electrical and electronic components 12 and having notches 13 of rectangular or square shape for housing substrates 14 on which are welded the MOSFETs.
  • Each substrate 14 has a shape corresponding to that of the indentations 13.
  • Each substrate 14 is formed of a copper plate which can advantageously be covered, on its face intended to receive the MOSFET, with a layer of tin and / or a layer of nickel.
  • each substrate 14 is separated from the printed circuit board
  • each substrate 14 extends in the plane of the printed circuit board 1 1 and has a thickness substantially equal to 1 mm, and preferably substantially equal to the thickness of the printed circuit board 11.
  • each MOSFET 10 comprises a first terminal called drain D (forming the sole of the MOSFET) and connected to the negative terminal of the corresponding heating module 3, a second terminal called source S and connected to the negative terminal or ground of the battery 9, and a third terminal called gate G, serving for the input of a control signal for controlling the opening and closing of the MOSFET 10.
  • the sole of the MOSFET 10, that is to say the drain D, is in direct contact with the conductive substrate 14 and is welded thereto. Terminations of a conductive bar 18, as described below, are also welded to the substrate 14.
  • Each MOSFET 10 further comprises two tabs of small section, one of which is connected to the source S and the other of which is connected to the gate G.
  • Said tabs S, G are soldered on the printed circuit board 11 (FIG. Figure 5). More particularly, the tab G connected to the gate makes it possible to receive the setpoint signal intended to control the opening or closing of the MOSFET 10 and the tab S is connected to the negative terminal of the battery 9, via a conductive bar 19 and conductive tracks of the printed circuit board 11 better described after.
  • the electrical connections between the MOSFETs 10, the heating modules 3 and the battery 9 are provided by conducting bars.
  • each conducting bar 18 respectively connect the negative terminal of each heating module 3 to the drain D of the corresponding MOSFET 10 via the corresponding substrate 14.
  • a portion of each conducting bar 18 is located in a cold air flow in operation, so as to dissipate the heat generated by the corresponding MOSFET.
  • Another conductive bar 19 connects all the sources S of the MOSFETS to the negative terminal or ground of the battery 9.
  • a last conductive bar 20 connects the positive terminal of the battery 9 to the positive terminals of the various heating modules 3.
  • the various conductive bars 18, 19, 20 are mechanically connected to one another and electrically insulated from each other by a lining 21 overmoulded of synthetic material and acting as a support so that said conductive bars 18, 19 , And the liner 21 form a unitary assembly.
  • the liner 21 is fixed at 22 on the printed circuit board (FIG. 3).
  • the bars 19 and 20 are fixed, by some of their terminations, on the printed circuit board (FIG. 5).
  • each MOSFET 10 can be opened and closed cyclically, the temperature reached by each heating module 3 then being a function of the opening and closing times of the MOSFET 10.
  • the separation of the substrate 14 and the printed circuit board 11 by the slot 15 makes it possible to avoid any heat conduction between them, in particular in the case where the MOSFETs 10 are generally damaged in a state of short circuit between the drain D and the source S, or in the case where the MOSFETs 10 are closed, that is to say when they are in the on state.
  • the conductive bars 18 may directly form all or part of the substrates 14 on which the MOSFETs 10 are mounted.
  • a control module 4 according to the invention is manufactured by executing the following method.
  • This method uses a panel 23 (FIG. 8) comprising several distinct printed circuit boards 11, for example 8 or 16, each printed circuit board 11 being connected to the rest of the panel 23 by material bridges 24. As in FIG. this is better visible in FIG. 9, each card includes notches 13.
  • Electrical components 12 are mounted on one and / or the other face of the printed circuit board January 1, for example by welding or brazing. he can these include CMS components, that is to say mounted on the surface. MOSFETs 10 previously welded to substrates 14 are further mounted in the notches 13.
  • the assembly formed by the various conductive bars 18, 19, 20 and the packing 21 on the printed circuit board 11 and on the substrate 14 is then mounted.
  • the different material bridges 24 are then milled off so as to detach each printed circuit board 11 from the remainder of the panel 23.
  • a control module 4 is thus obtained as described above, comprising a printed circuit board 11 and MOSFETs 10 mounted on substrates 14 distinct from the printed circuit board 11 and connected to the latter by the conducting bars 18, 19, 20 and by the packing 21.

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Abstract

L'invention concerne un module de commande (4) d'un appareil électrique (3) comportant une carte de circuit imprimé (11) et un composant électronique de puissance (10) monté sur un substrat (14) en matériau thermiquement conducteur distinct de la carte de circuit imprimé (11), au moins un organe (18) en matériau thermiquement conducteur s'étendant depuis ledit substrat (14) de façon à dissiper la chaleur générée par le composant électronique de puissance (10).

Description

Module de commande d'un appareil électrique
La présente invention concerne un module de commande d'un appareil électrique, ainsi qu'un dispositif de chauffage notamment pour véhicule automobile, comportant un tel module de commande.
L'invention s'applique notamment au domaine technique des dispositifs de chauffage électriques additionnels pour véhicules automobiles. De tels dispositifs de chauffage sont notamment utilisés dans les premières minutes de démarrage d'un véhicule automobile, lorsque le moteur n'est pas suffisamment chaud pour assurer l'apport d'air chaud dans l'habitacle du véhicule. Ce temps de chauffe est par exemple compris entre 15 et 20 minutes pour un moteur de type Diesel.
Un tel dispositif de chauffage additionnel comprend en général un cadre support sur lequel sont montés des modules de chauffage parallèles agencés de façon à être traversés par un flux d'air à chauffer.
Chaque module de chauffage comprend deux électrodes entre lesquelles sont placés des éléments résistifs de type à coefficient de température positif (CTP). Deux dissipateurs thermiques opposés sont fixés sur les électrodes, de façon à augmenter la surface d'échange avec le flux d'air à chauffer. Les dissipateurs thermiques sont par exemple formés de rubans métalliques plissés ou ondulés.
Chaque module de chauffage comprend ainsi une borne positive reliée électriquement à la borne positive d'une batterie, et une borne négative reliée électriquement à la borne négative de la batterie par l'intermédiaire d'un transistor de puissance, tel qu'un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde, également appelé MOSFET.
Plus particulièrement, chaque MOSFET est soudé sur une carte de circuit imprimé d'un module de commande, également appelé driver. Le module de commande est monté dans un boîtier fixé au cadre support.
Chaque MOSFET comprend une première borne appelée drain et reliée à la borne négative du module de chauffage correspondant, une deuxième borne appelée source et reliée à la borne négative ou masse de la batterie, et une troisième borne appelée grille servant à l'entrée d'un signal de contrôle permettant de commander l'ouverture et la fermeture du MOSFET. Les différentes liaisons électriques peuvent être notamment assurées par des barreaux conducteurs liés mécaniquement entre eux par une garniture électriquement isolante fixée sur la carte de circuit imprimé.
Un tel dispositif de chauffage est notamment connu du document FR 2 954 606, au nom de la Demanderesse.
Lorsqu'un MOSFET est ouvert, aucun courant ne circule au travers des éléments résistifs correspondants. A l'inverse, lorsque le MOSFET est fermé, un courant passe dans les éléments résistifs de façon à provoquer le chauffage des électrodes et des dissipateurs thermiques.
Lorsqu'un MOSFET est fermé, c'est-à-dire lorsqu'il est à l'état passant, il a une résistance Rdson non négligeable. Le courant passant dans le MOSFET et les éléments résistifs étant relativement important, une quantité de chaleur non négligeable (2 à 3 Watts) est dissipée par le MOSFET, en fonctionnement normal.
Il existe également un risque très faible que le MOSFET soit endommagé et soit alors dans un état de court-circuit. Dans ce cas, la quantité de chaleur dissipée est plus importante, par exemple de l'ordre de 20 à 30 Watts.
Dans les deux cas, il convient de s'assurer que la chaleur ainsi produite par chaque MOSFET n'endommage pas les autres composants électroniques de la carte de circuit imprimé.
Pour cela, il est connu de placer une partie des barreaux conducteurs reliant les MOSFETs aux bornes négatives des modules de chauffage dans le flux d'air, de façon à ce qu'une partie de la chaleur dissipée par le MOSFET soit évacuée par l'intermédiaire de ce flux d'air.
En général, ce barreau est soudé sur une piste conductrice en cuivre de la carte de circuit imprimé, cette piste ayant une épaisseur réduite, par exemple comprise entre 60 et 80 microns. Compte tenu de la faible épaisseur de cette piste, il est nécessaire d'utiliser des MOSFETs coûteux, qui ont une résistance électrique à l'état passant Rdson relativement faible, de façon à limiter la quantité de chaleur dégagée par les MOSFETs.
II est également connu de prévoir des fentes en forme générale de U entourant partiellement les MOSFETs, de façon à limiter la conduction de chaleur en direction des autres composants électroniques de la carte de circuit imprimé. Ces fentes ne réduisent toutefois pas de façon suffisante ces phénomènes de conduction et il subsiste des risques de dégradation des composants électroniques environnants, notamment lorsque l'on cherche à alimenter des modules de chauffage de grande puissance ou lorsque l'un au moins des MOSFETs est endommagé. En effet, la chaleur peut toujours être conduite par l'intermédiaire de ponts de matière situés entre les parties de la carte de circuit imprimé supportant les MOSFETs et le reste de la carte de circuit imprimé.
L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème.
A cet effet, elle propose un module de commande d'un appareil électrique comportant une carte de circuit imprimé et un composant électronique de puissance monté sur un substrat en matériau thermiquement conducteur distinct de la carte de circuit imprimé, au moins un organe en matériau thermiquement conducteur s'étendant depuis ledit substrat, de façon à dissiper la chaleur générée par le composant électronique de puissance.
De cette manière, la majeure partie de la chaleur est dissipée au travers du substrat, par l'organe en matériau conducteur, à la manière d'un puits de chaleur (« heat sink »). Dans ce cas, l'ensemble du substrat permet d'évacuer la chaleur, contrairement à l'art antérieur où seule la piste en cuivre d'épaisseur réduite assure cette fonction. Il est donc possible d'utiliser des transistors de type MOSFET ayant une résistance à l'état passant Rdson plus élevée, qui sont moins coûteux, et/ou des transistors traversés par des courants très importants.
Les sections du substrat et de l'organe thermiquement conducteurs sont adaptées au transfert du flux thermique maximal à dissiper.
De préférence, en fonctionnement, l'organe en matériau conducteur est placé dans un flux d'air, de manière à favoriser la dissipation de chaleur.
Avantageusement, ledit substrat et ledit organe sont également électriquement conducteurs, de manière à former à la fois un puits de chaleur et une partie d'un circuit électrique.
Selon une caractéristique de l'invention, le composant électronique de puissance est un transistor de puissance, par exemple un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde.
Avantageusement, le substrat a une épaisseur sensiblement égale à 1 mm. Le substrat peut être en cuivre et peut être, de préférence, recouvert sur sa face destinée à accueillir le composant électronique de puissance, d'une couche d'étain et/ou d'une couche de nickel.
Par ailleurs, le substrat peut être écarté de la carte de circuit imprimé. Le composant électronique de puissance étant écarté ou distant de la carte de circuit imprimé, on évite toute transmission de chaleur par conduction vers les autres composants électroniques.
Le substrat peut être séparé de la carte par exemple par une fente débouchant à ses extrémités sur un bord périphérique de la carte de circuit imprimé. Avantageusement, le substrat est situé dans le plan de la carte de circuit imprimé.
L'organe en matériau conducteur peut être un organe de liaison électrique fixé sur la carte de circuit imprimé et relié à l'une des bornes du composant électronique de puissance.
Selon une autre caractéristique de l'invention, un premier organe de liaison est relié électriquement à une première borne du composant électronique de puissance et au substrat, un second organe de liaison étant relié électriquement à une seconde borne du composant électronique de puissance, les deux organes de liaison étant liés mécaniquement l'un à l'autre par l'intermédiaire d'une garniture électriquement isolante, ladite garniture étant fixée sur la carte de circuit imprimé.
L'invention concerne également un dispositif de chauffage, notamment pour véhicule automobile, comportant un module de commande du type précité, au moins un module de chauffage comprenant une première borne reliée électriquement à une première borne d'une batterie, une seconde borne reliée électriquement à une première borne du composant électronique de puissance et au substrat, par l'intermédiaire d'un premier organe de liaison électrique, une seconde borne de la batterie étant reliée électriquement à une seconde borne du composant électronique de puissance, par l'intermédiaire d'un second organe de liaison électrique.
De préférence, la première borne du module de chauffage et/ou de climatisation est reliée électriquement à la première borne de la batterie par l'intermédiaire d'un troisième organe de liaison électrique, les trois organes de liaison étant liés mécaniquement les uns aux autres par l'intermédiaire d'une garniture électriquement isolante fixée sur la carte de circuit imprimé.
Les organes de liaison sont par exemple des barreaux conducteurs. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue de face d'un dispositif de chauffage selon l'invention,
- la figure 2 est une vue en perspective, de l'avant, d'un module de commande selon l'invention, appartenant au dispositif de chauffage de la figure 1 ,
- la figure 3 est une vue en perspective, de l'arrière, d'une partie du module de commande de la figure 2,
- la figure 4 est une vue schématique et en coupe transversale, d'une partie du module de commande des figures 2 et 3,
- la figure 5 est une vue de dessus du module de commande précité,
- la figure 6 est une vue de dessus d'une carte de circuit imprimé et des substrats des MOSFETs appartenant au module de commande selon l'invention,
- la figure 7 est une vue schématique du câblage électrique de puissance du dispositif de chauffage,
- la figure 8 est une vue de dessus d'un panneau servant à la réalisation des cartes de circuit imprimé,
- la figure 9 est une vue d'une partie du panneau de la figure 8. La figure 1 représente un dispositif de chauffage électrique additionnel 1 selon l'invention, destiné à équiper un véhicule automobile. Un tel dispositif de chauffage 1 est notamment utilisé dans les premières minutes d'utilisation du véhicule automobile, lorsque le moteur n'est pas suffisamment chaud pour assurer l'apport d'air chaud dans l'habitacle du véhicule.
Ce dispositif de chauffage 1 comprend un cadre support 2 de forme parallélépipédique sur lequel sont montés des modules de chauffage 3 parallèles et agencés de façon à être traversés par un flux d'air à chauffer. Les modules de chauffage 3 sont commandés à l'aide d'un module de commande 4 (figures 2 et 5) ou « driver » monté dans un boîtier 5 fixé au cadre support 2. Chaque module de chauffage 3 comprend deux électrodes ou bornes référencées « + » et «-» à la figure 7, entre lesquelles sont placées des éléments résistifs 6 (figure 7) de type à coefficient de température positif. Deux dissipateurs thermiques 8 opposés sont fixés sur les électrodes, de façon à augmenter la surface d'échange avec le flux d'air à chauffer. Les dissipateurs thermiques 8 sont par exemple formés de rubans métalliques plissés ou ondulés.
Chaque module de chauffage 3 comprend ainsi une borne positive reliée électriquement à la borne positive d'une batterie 9, et une borne négative reliée électriquement à la borne négative de la batterie 9 par l'intermédiaire d'un transistor de puissance, tel qu'un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde 10, également appelé MOSFET.
Le module de commande 4 comprend une carte de circuit imprimé 11 sur laquelle sont soudés ou montés différents composants électriques et électroniques 12 et comportant des échancrures 13 de forme rectangulaire ou carrée permettant de loger des substrats 14 sur lesquels sont soudés les MOSFETs. Chaque substrat 14 a une forme correspondant à celle des échancrures 13. Chaque substrat 14 est formé d'une plaque de cuivre qui peut être recouverte avantageusement, sur sa face destinée à accueillir le MOSFET, d'une couche d'étain et/ou d'une couche de nickel.
Le bord de chaque substrat 14 est écarté de la carte de circuit imprimé
1 1 d'une distance d comprise entre 1 et 2 mm. La fente 15 s'étendant entre la carte de circuit imprimé 1 1 et le bord de chaque substrat 14 est de forme générale en U et comprend deux bras débouchant au niveau du bord périphérique 16 de la carte de circuit imprimé 11. Chaque substrat 14 s'étend dans le plan de la carte de circuit imprimé 1 1 et a une épaisseur sensiblement égale à 1 mm, et de préférence sensiblement égale à l'épaisseur de la carte de circuit imprimé 11.
Comme cela est mieux visible à la figure 7, chaque MOSFET 10 comprend une première borne appelée drain D (formant la semelle du MOSFET) et reliée à la borne négative du module de chauffage 3 correspondant, une deuxième borne appelée source S et reliée à la borne négative ou masse de la batterie 9, et une troisième borne appelée grille G, servant à l'entrée d'un signal de contrôle permettant de commander l'ouverture et la fermeture du MOSFET 10.
La semelle du MOSFET 10, c'est-à-dire le drain D, est en contact direct avec le substrat conducteur 14 et est soudée à ce dernier. Des terminaisons d'un barreau conducteur 18, comme décrit ci-après, sont également soudées sur le substrat 14.
Chaque MOSFET 10 comprend en outre deux pattes de faible section, dont l'une est reliée à la source S et dont l'autre est reliée à la grille G. Lesdites pattes S, G sont soudées sur la carte de circuit imprimé 1 1 (figure 5). Plus particulièrement la patte G reliée à la grille permet de recevoir le signal de consigne destiné à commander l'ouverture ou la fermeture du MOSFET 10 et la patte S est reliée à la borne négative de la batterie 9, par l'intermédiaire d'un barreau conducteur 19 et de pistes conductrices de la carte de circuit imprimé 11 mieux décrit après.
Les liaisons électriques entre les MOSFETs 10, les modules de chauffage 3 et la batterie 9 sont assurées par des barreaux conducteurs.
Plus particulièrement, trois barreaux conducteurs 18 relient respectivement la borne négative de chaque module de chauffage 3 au drain D du MOSFET 10 correspondant par l'intermédiaire du substrat correspondant 14. Une partie de chaque barreau conducteur 18 est situé dans un flux d'air froid en fonctionnement, de manière à dissiper la chaleur générée par la MOSFET correspondant.
Un autre barreau conducteur 19 relie toutes les sources S des MOSFETS à la borne négative ou masse de la batterie 9. Un dernier barreau conducteur 20 relie la borne positive de la batterie 9 aux bornes positives des différents modules de chauffage 3.
Les différents barreaux conducteurs 18, 19, 20 sont reliés mécaniquement les uns aux autres et isolés électriquement les uns par rapport aux autres par une garniture 21 surmoulée en matériau synthétique et jouant le rôle de support de façon à ce que lesdits barreaux conducteurs 18, 19, 20 et la garniture 21 forment un ensemble unitaire. La garniture 21 est fixée en 22 sur la carte de circuit imprimé (figure 3). Par ailleurs, les barreaux 19 et 20 sont fixés, par certaines de leurs terminaisons, sur la carte de circuit imprimé (figure 5).
Lorsqu'un MOSFET 10 est ouvert, aucun courant ne circule au travers des éléments résistifs 7 correspondants. A l'inverse, lorsque le MOSFET 10 est fermé, un courant passe dans les éléments résistifs 7 et entraîne ainsi la montée en température du module de chauffage 3 correspondant. Chaque MOSFET 10 peut être ouvert et fermé de façon cyclique, la température atteinte par chaque module de chauffage 3 étant alors fonction des durées d'ouverture et de fermeture du MOSFET 10.
La majeure partie de la chaleur générée par chaque MOSFET 10 est dissipée au travers du substrat 14, par le barreau conducteur correspondant 18 à la manière d'un puits de chaleur. Dans ce cas, l'ensemble du substrat 14 permet d'évacuer la chaleur, contrairement à l'art antérieur où seule la piste en cuivre d'épaisseur réduite assure cette fonction. Il est donc possible d'utiliser des transistors de type MOSFET ayant une résistance à l'état passant Rdson plus élevée (moins coûteux), et/ou des transistors traversés par des courants très importants. Il est également possible d'utiliser des modules de chauffage 3 de grande puissance, dans lesquels un courant important circule dans les MOSFETs 10.
Par ailleurs, la séparation du substrat 14 et de la carte de circuit imprimé 11 par la fente 15 permet d'éviter toute conduction de chaleur entre eux, en particulier dans le cas où les MOSFETs 10 sont endommagés généralement dans un état de court-circuit entre le drain D et la source S, ou dans le cas où les MOSFETs 10 sont fermés, c'est-à-dire lorsqu'ils sont à l'état passant.
Bien entendu, il est également possible de prévoir des substrats 14 qui ne sont pas écartés de la carte de circuit imprimé 11. En effet, la majeure partie de la chaleur étant évacuée par le puits de chaleur précité, la chaleur transmise à la carte de circuit imprimé 1 1 par conduction reste faible.
Selon une autre variante non représentée, les barreaux conducteurs 18 peuvent former directement tout ou partie des substrats 14 sur lesquels sont montés les MOSFETs 10.
Un module de commande 4 selon l'invention est fabriqué par exécution du procédé suivant.
Ce procédé utilise un panneau 23 (figure 8) comportant plusieurs cartes de circuit imprimé 1 1 distinctes, par exemple au nombre de 8 ou 16, chaque carte de circuit imprimé 11 étant reliée au reste du panneau 23 par des ponts de matière 24. Comme cela est mieux visible à la figure 9, chaque carte comprend des échancrures 13.
Des composants électriques 12 sont montés sur l'une et/ou l'autre face de la carte de circuit imprimé 1 1 , par exemple par soudage ou par brasage. Il peut s'agit notamment de composants CMS, c'est-à-dire montés en surface. Des MOSFETs 10 préalablement soudés sur des substrats 14 sont en outre montés dans les échancrures 13.
On monte alors l'ensemble formé par les différents barreaux conducteurs 18, 19, 20 et par la garniture 21 sur la carte de circuit imprimé 1 1 et sur le substrat 14.
On supprime ensuite par fraisage les différents ponts de matière 24, de façon à détacher chaque carte de circuit imprimé 11 du reste du panneau 23.
On obtient alors un module de commande 4 tel que décrit précédemment, comportant une carte de circuit imprimé 1 1 et des MOSFETs 10 montés sur des substrats 14 distincts de la carte de circuit imprimé 1 1 et reliés à cette dernière par les barreaux conducteurs 18, 19, 20 et par la garniture 21.

Claims

REVENDICATIONS
1. Module de commande (4) d'un appareil électrique (3) comportant une carte de circuit imprimé (1 1 ) et un composant électronique de puissance (10) monté sur un substrat (14) en matériau thermiquement conducteur distinct de la carte de circuit imprimé (11), au moins un organe (18) en matériau thermiquement conducteur s'étendant depuis ledit substrat (14) de façon à dissiper la chaleur générée par le composant électronique de puissance (10).
2. Module de commande selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le composant électronique de puissance est un transistor de puissance,
3. Module de commande selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le substrat (14) a une épaisseur au moins égale à 1 mm.
4. Module de commande selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le substrat (14) est en cuivre.
5. Module de commande selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le substrat (14) est recouvert, sur sa face destinée à accueillir le composant électronique de puissance (10), d'une couche d'étain et/ou d'une couche de nickel.
6. Module de commande selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le substrat (14) est écarté de la carte de circuit imprimé (11).
7. Module de commande selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il est séparé de la carte de circuit imprimé (1 1) par une fente (15) débouchant à ses extrémités sur un bord périphérique (16) de ladite carte de circuit imprimé (1 1).
8. Module de commande selon la revendication 1 à 7, caractérisé en ce que le substrat est situé dans le plan de la carte de circuit imprimé (1).
9. Module de commande selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'organe en matériau conducteur (18) est un organe de liaison électrique fixé sur la carte de circuit imprimé (1 1) et relié à l'une (D) des bornes (S, D, G) du composant électronique de puissance (10).
10. Module de commande selon la revendication 7, caractérisé en ce que qu'un premier organe de liaison (18) est relié électriquement à une première borne (D) du composant électronique de puissance (10) et au substrat (14), un second organe de liaison (19) étant relié électriquement à une seconde borne (S) du composant électronique de puissance (10), les deux organes de liaison (18, 19) étant liés mécaniquement l'un à l'autre par l'intermédiaire d'une garniture électriquement isolante (21), ladite garniture (21) étant fixée sur la carte de circuit imprimé (1 1).
1 1. Dispositif de chauffage, notamment pour véhicule automobile, comportant un module de commande (4) selon l'une des revendications 1 à 10, au moins un module de chauffage (3) comprenant une première borne reliée électriquement à une première borne d'une batterie (9), une seconde borne reliée électriquement à une première borne (D) du composant électronique de puissance (10) et au substrat (14), par l'intermédiaire d'un premier organe de liaison électrique (18), une seconde borne de la batterie (9) étant reliée électriquement à une seconde borne (S) du composant électronique de puissance (10), par l'intermédiaire d'un second organe de liaison électrique (19).
12. Dispositif de chauffage selon la revendication 1 1 , caractérisé en ce que la première borne du module de chauffage (3) est reliée électriquement à la première borne de la batterie (9) par l'intermédiaire d'un troisième organe de liaison électrique (20), les trois organes de liaison (18, 19, 20) étant liés mécaniquement les uns aux autres par l'intermédiaire d'une garniture (21) électriquement isolante fixée sur la carte de circuit imprimé (11).
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