FR2978872A1

FR2978872A1 - Dispositif comportant un substrat portant au moins un composant electronique et une piece dans laquelle est menage un espace interieur apte a recevoir un fluide de refroidissement

Info

Publication number: FR2978872A1
Application number: FR1157028A
Authority: FR
Inventors: Guillaume Sanvito; Pierre Smal
Original assignee: Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Current assignee: Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Priority date: 2011-08-01
Filing date: 2011-08-01
Publication date: 2013-02-08
Anticipated expiration: 2031-08-01
Also published as: FR2978872B1

Abstract

Dispositif (1), comportant : - un substrat (2) portant au moins un composant électronique (3), - une pièce (10) dans laquelle est ménagé un espace intérieur (E) apte à recevoir un fluide de refroidissement, et un support métallique (6), l'espace intérieur (E) communiquant avec l'extérieur de la pièce (10) par au moins un ajour, le support métallique (6) ayant au moins une portion obturant tout ou partie de l'ajour et, ladite portion étant disposée entre le substrat (2) et l'espace intérieur (E) de manière à permettre un transfert de chaleur du composant électronique (3) vers le fluide.

Description

La présente invention a pour objet un dispositif comportant un substrat portant au moins un composant électronique et une pièce dans laquelle est ménagé un espace dans lequel peut circuler un fluide de refroidissement.

L'invention s'applique à tout domaine dans lequel on dispose sur un support un ou plusieurs composants électroniques, notamment au domaine de l'automobile, ce ou ces composants dissipant de la chaleur et étant refroidis par un fluide de refroidissement, encore appelé « fluide caloporteur ». Le dispositif est par exemple utilisé pour réaliser un module de contrôle moteur, ou tout module intervenant lors de la charge d'une batterie, notamment utilisée pour la propulsion d'un véhicule électrique, ou lors du fonctionnement d'un moteur électrique. Il s'agit par exemple d'un onduleur, d'un chargeur, d'un convertisseur de puissance. Le dispositif peut encore à titre d'exemple servir à réaliser un étage de contrôle de puissance pour un système de climatisation de véhicule, notamment d'automobile. Les composants électroniques disposés sur le support peuvent alors servir à réaliser les modules ci-dessus, ces composants contenant par exemple plusieurs interrupteurs électroniques. Un dispositif comprenant un support portant un ou plusieurs composants électroniques et intégrant un moyen de refroidissement par fluide caloporteur est déjà connu. Les composants électroniques sont par exemple refroidis par un fluide circulant à l'intérieur d'une conduite en deux parties. Une première partie de la conduite intègre par exemple des embouts pour le raccord de la conduite à un circuit de refroidissement ainsi que des moyens pour accroître la surface d'échange thermique entre le fluide et la conduite, tels que des picots ou des ailettes. Une deuxième partie de la conduite sert à fermer la première partie. On met ensuite en contact avec la deuxième partie de la conduite le support portant les composants électroniques de manière à ce qu'un transfert de chaleur permettant le refroidissement des composants électroniques s'opère entre les composants et le fluide. Le support comporte généralement une couche diélectrique sur laquelle sont disposés les composants électroniques et qui est portée par une semelle métallique. Le transfert de chaleur pour le refroidissement nécessite ainsi la traversée de plusieurs couches qui peuvent présenter des conductivités thermiques différentes et le passage d'une couche à l'autre et/ou la multiplication du nombre de couches peut dégrader le refroidissement par le fluide. 1 Il existe un besoin pour bénéficier d'un dispositif comportant un support portant un ou plusieurs composants électroniques et intégrant un moyen de refroidissement faisant usage d'un fluide caloporteur qui soit efficace, tout en étant de structure simple et d'un coût réduit. L'invention a pour but de répondre à ce besoin et elle y parvient, selon l'un de ses aspects, grâce à un dispositif comportant : - un substrat portant au moins un composant électronique, - une pièce dans laquelle est ménagé un espace intérieur apte à recevoir un fluide de refroidissement, et - un support métallique, l'espace intérieur communiquant avec l'extérieur de la pièce par un ajour, le support métallique ayant au moins une portion obturant tout ou partie de cet ajour, et ladite portion étant disposée entre le substrat et l'espace intérieur de manière à permettre un transfert de chaleur du composant électronique au fluide. Le dispositif ci-dessus utilise le support métallique, qui joue souvent le rôle de semelle pour le substrat portant les composants électroniques, pour fermer l'espace intérieur. Par rapport à l'exemple de dispositif connu précédemment décrit, le dispositif selon l'aspect ci-dessus de l'invention permet d'utiliser une couche intermédiaire en moins entre les composants électroniques et le fluide de refroidissement. Cela permet d'améliorer le refroidissement tout en fermant l'espace dans lequel circule le fluide. La chaleur dissipée par le ou les composants électroniques est par exemple de l'ordre de quelques centaines de Watts, étant notamment comprise entre 200 et 250 W. Le substrat peut présenter une première face portant le composant électronique et une deuxième face opposée à la première face et disposée en regard, notamment au contact, du support métallique. Le substrat est par exemple rapporté sur le support métallique, étant par exemple collé sur le support métallique. Le substrat peut encore être rapporté sur le support métallique par bouterollage, encliquetage ou encore brasage. La pièce peut comporter une paroi dans laquelle est ménagé l'ajour. L'ajour peut être ménagé dans la partie de la pièce la plus proche du substrat. Cet ajour peut être présent lors de la fabrication de la pièce ou réalisé ultérieurement, par exemple par usinage.

Le support métallique peut présenter au moins une dimension supérieure à la dimension correspondante de l'ajour. Dans un tel cas, le support métallique s'étend au-delà de l'ajour sur au moins une dimension et seulement une portion du support 2 métallique obture l'ajour. La portion du support métallique fermant l'ajour peut représenter au moins 20%, notamment 50%, notamment 60%, 70%, notamment 80%, notamment 90%, de la surface du support métallique. Lorsque seule une portion du support métallique obture l'ajour, support métallique et ajour peuvent s'étendre dans des plans parallèles et distincts, à l'exception du plan de contact. En variante, tout ou partie des dimensions du support métallique peuvent coïncider avec celles de l'ajour, voire même pour certaines être inférieures à celles de l'ajour, de sorte que la totalité du support métallique vient en regard de l'ajour, obturant notamment tout l'ajour. Dans ce dernier cas, le support métallique peut s'étendre au moins en partie dans des plans dans lesquels s'étend l'ajour. Dans un exemple, le support métallique peut présenter des dimensions égales à celles de l'ajour. Le substrat peut présenter les mêmes dimensions que le support métallique. La totalité du support métallique peut participer au transfert de chaleur du ou des composants électroniques vers le fluide. Le dispositif peut comporter au moins un joint disposé entre la pièce et le support métallique. Ce joint assure l'étanchéité du fluide dans l'espace intérieur vis-à-vis de l'extérieur. Le fluide de refroidissement est notamment un liquide, par exemple mais de façon non limitative de l'eau glycolée.

Le joint peut être disposé dans un logement ménagé dans la pièce. Le joint peut alors venir appuyer contre le support métallique lorsque ce dernier est positionné pour obturer tout ou partie de l'ajour. Le support métallique peut être rapporté sur la pièce, par exemple par l'intermédiaire d'une pluralité de vis disposées sur le pourtour de l'ajour, de façon régulière ou non.

En variante, la fixation du support métallique sur la pièce peut s'effectuer à l'aide d'autres moyens, par exemple une bride de fixation, élastique ou non. La fixation du support métallique sur la pièce peut encore être effectuée par bouterollage, encliquetage ou encore sertissage. Dans ce qui précède, le substrat peut être rapporté en même temps que le support métallique sur la pièce.

Selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le support métallique et le substrat font partie d'un substrat métallique isolé (SMI). Un tel SMI est connu de l'homme du métier et comprend par exemple un support métallique recouvert d'une faible couche d'un substrat en diélectrique puis d'une couche 3 de métal. Le support métallique est par exemple en aluminium, en cuivre, en céramique, en graphite, ou en matériau(x) nanocristallin(s). La couche de diélectrique est par exemple une résine verre epoxy, une résine epoxy chargée ou un polyamide. La couche de métal est par exemple en cuivre.

Le SMI peut être exclusivement formé par le support métallique, la couche en diélectrique et la couche métallique. Le dispositif est par exemple une carte électronique. Cette carte électronique peut permettre de réaliser l'une au moins des fonctions mentionnées ci-dessus, à savoir onduleur, chargeur de batterie, conversion de puissance, contrôle moteur ou étage de puissance pour un système de climatisation. Le composant électronique peut être un composant permettant de réaliser une carte électronique assurant l'une des fonctions ci-dessus. Il s'agit par exemple d'un bloc d'interrupteurs électroniques, commandables ou non. Des exemples d'interrupteurs électroniques commandables sont des transistors La paroi intérieure de la pièce délimitant l'espace intérieur et/ou la face de la portion du support métallique obturant l'ajour en regard de l'espace intérieur peuvent être configurées pour augmenter la surface d'échange thermique avec le fluide, par exemple grâce à des picots, ailettes ou tous autres moyens. Le substrat peut être en diélectrique. Le substrat peut être monocouche ou non. Le support métallique peut être monocouche ou non. Le support et le substrat peuvent être plans en tout ou partie. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple non limitatif de mise en oeuvre de celle-ci et à l'examen du dessin annexé sur lequel : - la figure 1 représente de façon schématique en élévation un dispositif selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention et, - la figure 2 est une vue en coupe selon II-II du dispositif de la figure 1. On a représenté sur les figures 1 et 2 un dispositif 1 selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention. Ce dispositif 1 comporte un substrat 2 portant des composants électroniques 3, par exemple choisis parmi des blocs d'interrupteurs électroniques. Ces composants électroniques 3 peuvent dissiper une puissance comprise entre 200 et 250 Watts lorsqu'ils sont alimentés électriquement. Les composants électroniques 3 sont 4 montés sur une face 4 du substrat 2. Des pistes électriquement conductrices 5 sont également disposées sur la face 4 du substrat 2. Le substrat 2 est dans l'exemple décrit formé par une couche de diélectrique et il est assemblé avec un support métallique 6 pour former avec les pistes 5 un substrat métallique isolé (SMI).

Pour faciliter l'observation de l'intérieur du dispositif 1, le SMI est représenté en transparence sur la figure 1, ce qui n'est pas le cas en réalité. Comme on peut le voir, le substrat 2 et le support métallique 6 peuvent présenter les mêmes dimensions et le SMI peut avoir une forme rectangulaire lorsqu'il est observé de dessus.

Le SMI est disposé contre une pièce 10, par exemple réalisée par fonderie, creuse et à l'intérieur de laquelle un passage est ménagé. Des embouts 12 sont disposés dans la pièce 10 pour permettre la circulation à travers le passage d'un fluide de refroidissement. Ce fluide est par exemple un liquide tel que l'eau glycolée. La pièce 10 s'étend par exemple le long d'un axe longitudinal X.

Comme on peut le voir sur la figure 1, le passage comprend un espace intérieur E dans lequel est ménagé un ajour par lequel l'espace E débouche sur l'extérieur de la pièce 10. L'ajour peut être présent dès la fabrication de la pièce 10 ou être obtenu ultérieurement par usinage. Lorsque la pièce 10 est observée perpendiculairement à l'axe X, comme représenté sur la figure 2, elle peut présenter une hauteur H constante au niveau de l'espace E et une hauteur décroissante de chaque côté de l'espace E, lorsque l'on s'éloigne de celui-ci pour aller vers les extrémités latérales 13 de la pièce 10. Dans l'exemple décrit, le SMI est appliqué contre la pièce 10 de façon à obturer l'ajour. Lorsque le SMI présente des dimensions supérieures à celles de l'ajour, seule une portion du support métallique 6 obture l'ajour. Cette portion de l'ajour, ainsi que la pièce 10, définissent alors une conduite dans laquelle circule le fluide de refroidissement. Comme représenté sur les figures 1 et 2, le dispositif 1 peut comporter un joint d'étanchéité 15 apte à venir s'appliquer contre le support métallique 6. Ce joint 15 est notamment réalisé en silicone.

Dans l'exemple des figures, un logement 16 est ménagé sur tout le pourtour de l'ajour et le joint est disposé dans ce logement 16. L'assemblage du dispositif 1 peut être effectué comme suit. Après avoir disposé le joint 15 dans le logement 16, on applique le SMI contre la pièce de manière à ce qu'une 5 portion du support métallique 6 vienne obturer l'ajour. On rapporte ensuite le SMI sur la pièce 10, par exemple à l'aide de vis 18. On utilise par exemple entre dix et vingt vis pour fixer le SMI à la pièce 10. Une fois cette dernière opération terminée, le joint 15 peut être mis en compression.

La portion du support métallique 6 obturant l'ajour sert à la fois à fermer la conduite dans laquelle circule le fluide de refroidissement tout en assurant un transfert de chaleur des composants électroniques vers le fluide dans la conduite. Le dispositif obtenu peut être utilisé pour réaliser une carte de circuit électronique assurant des fonctions de charge de batterie, d'onduleur, de conversion de puissance, de contrôle moteur ou de contrôle de puissance pour un système de climatisation d'un véhicule, par exemple. Le SMI a par exemple une longueur comprise entre 1 cm et 50 cm avec une largeur comprise entre 1 cm et 20 cm. Dans des exemples, la longueur du SMI est comprise entre 4 cm et 10 cm et sa largeur est comprise entre 4 cm et 20 cm. La longueur du SMI désigne sa plus grande dimension, la largeur désignant la dimension la plus grande après la longueur, la dimension restante étant l'épaisseur. La hauteur H maximale dans la pièce 10 peut être comprise entre 1 cm et 4 cm, étant par exemple de 1, 2 ou 3 cm. L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits.

Dans des variantes, deux ajours peuvent par exemple être ménagés dans la pièce 10 et le support métallique peut être disposé de manière à obturer ces deux ajours. L'invention n'est pas limitée à un dispositif comprenant un SMI. L'expression «comportant un» doit être comprise comme étant synonyme de l'expression « comportant au moins un », sauf lorsque le contraire est spécifié. 25 6

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif (1), comportant : - un substrat (2) portant au moins un composant électronique (3), - une pièce (10) dans laquelle est ménagé un espace intérieur (E) apte à recevoir un fluide de refroidissement, et - un support métallique (6), l'espace intérieur (E) communiquant avec l'extérieur de la pièce (10) par au moins un ajour, le support métallique (6) ayant au moins une portion obturant tout ou partie de l'ajour et, ladite portion étant disposée entre le substrat (2) et l'espace intérieur (E) de manière à permettre un transfert de chaleur du composant électronique (3) vers le fluide.
2. Dispositif selon la revendication 1, le substrat (2) présentant une première face (4) portant le composant électronique (3) et une deuxième face opposée à la première face et disposée en regard du support métallique (6).
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, le support métallique (6) ayant au moins une dimension supérieure à la dimension correspondante de l'ajour.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comportant au moins un joint (15) disposé entre la pièce (10) et le support métallique (6).
5. Dispositif selon la revendication 4, le joint (15) étant disposé dans un logement (16) ménagé dans la pièce (10).
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, le support métallique (6) étant rapporté sur la pièce (10).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, le support métallique (6) et le substrat (2) faisant partie d'un substrat métallique isolé (SMI).
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, étant une carte électronique.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, le composant électronique étant un bloc d'interrupteurs électroniques commandables. 7