FR3075561B1 - Procede de montage d'au moins une capacite sur un dissipateur de chaleur, assemblage ainsi obtenu et convertisseur de tension comportant un tel assemblage - Google Patents
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Abstract
Le procédé comporte : - la soudure de broches (304, 306) de chaque capacité (124) à des conducteurs électriques respectifs (106, 108) ; - après la soudure des broches (304, 306), la pose d'une face de dissipation de chaleur (302) de chaque capacité (124) en contact thermique sur une face (310) du dissipateur de chaleur (202) ; - la fixation mécanique des conducteurs électriques (106, 108) au dissipateur de chaleur (202). Le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre, avant la soudure des broches (304, 306) : - la pose de la face de dissipation de chaleur (302) de la capacité (124) contre une face d'un support; - le placement des conducteurs électriques (106, 108) à une position prédéfinie par rapport à la face du support. La soudure des broches (304, 306) est réalisée lorsque les conducteurs électriques (106, 108) sont à la position prédéfinie par rapport à la face du support.
Description
TITRE
PROCEDE DE MONTAGE D’AU MOINS UNE CAPACITE SUR UN DISSIPATEUR DE
CHALEUR, ASSEMBLAGE AINSI OBTENU ET CONVERTISSEUR DE TENSION COMPORTANT UN TEL ASSEMBLAGE
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un procédé de montage d’au moins une capacité sur un dissipateur de chaleur, l’assemblage obtenu et un convertisseur de tension comportant un tel assemblage.
ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE
On connaît de l’état de la technique un procédé de montage d’au moins une capacité sur un dissipateur de chaleur, comportant :
- la soudure de broches de chaque capacité à des conducteurs électriques respectifs,
- après la soudure des broches, la pose d’une face de dissipation de chaleur de chaque capacité en contact thermique sur une face du dissipateur de chaleur,
- la fixation mécanique des conducteurs électriques au dissipateur de chaleur.
Dans ce procédé connu, avant la soudure des broches, les capacités sont positionnées par rapport aux conducteurs électriques, au plus près de ces derniers.
Un matériau conducteur thermique est généralement intercalé entre la face de dissipation de chaleur de la capacité et la face du dissipateur de chaleur. Or, à cause des tolérances de fabrication, la taille des capacités peut changer d’une capacité à l’autre. Ainsi, le matériau conducteur thermique compense l’écart entre la face de dissipation de chaleur de la capacité et la face du dissipateur de chaleur, et présente donc une épaisseur variable d’une capacité à l’autre. Ainsi, l’épaisseur du matériau conducteur thermique est souvent supérieure à ce qui est nécessaire du point de vue de la conduction thermique, ce qui entraîne une surconsommation de matériau conducteur thermique.
L’invention a pour but de remédier au moins en partie aux inconvénients précédents.
RÉSUMÉ DE L’INVENTION
À cet effet, il est proposé un procédé de montage d’au moins une capacité sur un dissipateur de chaleur, comportant :
- la soudure de broches de chaque capacité à des conducteurs électriques respectifs,
- après la soudure des broches, la pose d’une face de dissipation de chaleur de chaque capacité en contact thermique sur une face du dissipateur de chaleur,
- la fixation mécanique des conducteurs électriques au dissipateur de chaleur, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comporte en outre, avant la soudure des broches :
- la pose de la face de dissipation de chaleur de la capacité contre une face d’un support,
- le placement des conducteurs électriques à une position prédéfinie par rapport à la face du support, la soudure des broches étant réalisée lorsque les conducteurs électriques sont à la position prédéfinie par rapport à la face du support.
De façon optionnelle, le procédé comporte en outre, avant la soudure des broches, la coupe d’au moins une broche.
De façon optionnelle également, la coupe d’au moins une broche est réalisée après le placement des conducteurs électriques à une position prédéfinie.
De façon optionnelle également, la coupe d’au moins une broche est réalisée avant le placement des conducteurs électriques à une position prédéfinie.
De façon optionnelle également, la face du support et la face du dissipateur de chaleur sont planes.
De façon optionnelle également, lors de la pose de la face de dissipation de chaleur de chaque capacité en contact thermique sur une face du dissipateur de chaleur, un matériau conducteur thermique est intercalé.
De façon optionnelle également, le matériau conducteur thermique comporte de la colle.
De façon optionnelle également, plusieurs capacités sont montées.
est également proposé l’assemblage d’un dissipateur de chaleur et d’au moins une capacité montée sur le dissipateur de chaleur au moyen d’un procédé de montage selon l’invention.
est également proposé un convertisseur de tension comportant un assemblage selon l’invention.
DESCRIPTION DES FIGURES
La figure 1 est schéma électrique d’un système électrique comportant un convertisseur de tension selon l’invention.
La figure 2 est une vue en trois dimensions d’un dissipateur de chaleur et d’un bloc capacité du convertisseur de tension de la figure 1.
La figure 3 est une vue en coupe du bloc capacité de la figure 2.
La figure 4 est un schéma-blocs illustrant les étapes d’un procédé de montage des capacités.
Les figures 5 à 9 sont des vues en coupe très simplifiées, illustrant des étapes du procédé de la figure 4.
La figure 10 est une vue en coupe très simplifiée illustrant la prise en compte des jeux de fabrication d’une capacité.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
En référence à la figure 1, un système électrique 100 par exemple destiné à être implanté dans un véhicule automobile va à présent être décrit.
Le système électrique 100 comporte tout d’abord une source d’alimentation électrique 102 conçue pour délivrer une tension continue U, par exemple comprise entre 10 V et 100 V, par exemple 48 V. La source d’alimentation électrique 102 comporte par exemple une batterie.
Le système électrique 100 comporte en outre une machine électrique 130 comportant plusieurs phases (non représentées) destinées à présenter des tensions de phase respectives.
Le système électrique 100 comporte en outre un convertisseur de tension 104 connecté entre la source d’alimentation électrique 102 et la machine électrique 130 pour effectuer une conversion entre la tension continue U et les tensions de phase.
Le convertisseur de tension 104 comporte tout d’abord une barre omnibus positive 106 et une barre omnibus négative 108 destinées à être connectées à la source d’alimentation électrique 102 pour recevoir la tension continue U, la barre omnibus positive 106 recevant un potentiel électrique haut et la barre omnibus négative 108 recevant un potentiel électrique bas.
Le convertisseur de tension 104 comporte en outre au moins un module de puissance 110 comportant une ou plusieurs barres omnibus de phase 122 destinées être respectivement connectées à une ou plusieurs phases de la machine électrique 130, pour fournir leurs tensions de phase respectives.
Dans l’exemple décrit, le convertisseur de tension 104 comporte trois modules de puissance 110 comportant chacun deux barres omnibus de phase 122 connectées à deux phases de la machine électrique 130.
Chaque module de puissance 110 comporte, pour chaque barre omnibus de phase 122, un interrupteur de côté haut 112 connecté entre la barre omnibus positive 106 et la barre omnibus de phase 122 et un interrupteur de côté bas 114 connecté entre la barre omnibus de phase 122 et la barre omnibus négative
108. Ainsi, les interrupteurs 112, 114 sont agencés de manière à former un bras de hachage, dans lequel la barre omnibus de phase 122 forme un point milieu.
Chaque interrupteur 112, 114 comporte des première et deuxième bornes principales 116, 118 et une borne de commande 120 destinée à sélectivement ouvrir et fermer l’interrupteur 112, 114 entre ses deux bornes principales 116, 118 en fonction d’un signal de commande qui lui est appliqué. Les interrupteurs 112, 114 sont de préférence des transistors, par exemple des transistors à effet de champ à structure métal-oxyde-semiconducteur (de l’anglais « Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » ou MOSFET) présentant une grille formant la borne de commande 120, et un drain et une source formant respectivement les bornes principales 116,118.
Le convertisseur de tension 104 comporte en outre, pour chaque module de puissance 110, un condensateur 124 présentant une borne positive 126 et une borne négative 128 respectivement connectées à la barre omnibus positive 106 et à la barre omnibus négative 108.
sera apprécié que la barre omnibus positive 106, la barre omnibus négative 108 et les barres omnibus de phase 122 sont des éléments rigides conçus pour supporter des courants électriques d’au moins 1 A. Elles présentent de préférence une épaisseur d’au moins 1 mm.
Dans la suite de la description, la structure et la disposition des éléments du convertisseur de tension 104 vont être décrits plus en détails, en référence à une direction verticale H-B, « H » représentant le haut et « B » représentant le bas.
En référence à la figure 2, le convertisseur de tension 104 comporte un dissipateur de chaleur 202 destiné à dissiper la chaleur des interrupteurs 112, 114 et des capacités 124.
Par ailleurs, les capacités 124 sont regroupées au sein d’un bloc capacité, c’est-à-dire qu’elles sont regroupées dans un boîtier 204, formé en partie par le dissipateur de chaleur 202 et en partie par un surmoulage 206 isolant électrique.
En référence à la figure 3, chaque capacité 124 présente une face de dissipation de chaleur 302, ainsi qu’au moins une broche positive 304 et au moins une broche négative 306.
Dans l’exemple décrit, chaque capacité 124 comporte un corps en forme générale de cylindre orienté verticalement, avec la face de dissipation de chaleur 302 située à une extrémité inférieure du cylindre et avec les broches 304, 306 se projetant vers le haut depuis une extrémité supérieure du cylindre. L’extrémité supérieure est en outre munie d’une collerette 308.
La face de dissipation de chaleur 302 de chaque capacité 124 est posée sur une face supérieure 310 du dissipateur de chaleur 202, avec de préférence un matériau conducteur thermique 312 intercalé entre les faces 302, 310 de manière à assurer une bonne conduction thermique.
En référence à la figure 4, un procédé 400 de montage des capacités 124 va à présent être décrit.
Au cours d’une étape 402, dont le résultat est illustré sur la figure 5, la face de dissipation de chaleur 302 de chaque capacité 124 est posée contre une face supérieure 502 d’un support 504 (également appelé «marbre»). La face supérieure 502 du support 504 présente la même forme que la face supérieure 310 du dissipateur de chaleur 202. Dans l’exemple décrit, les deux faces 502, 310 sont planes.
Le corps de chaque capacité 124 est fabriqué avec une certaine tolérance verticale, par exemple de l’ordre de 1 mm. Ainsi, dans l’exemple illustré, le corps de la capacité 124 de droite présente une hauteur plus grande que le corps de la capacité 124 de gauche.
De retour à la figure 4, au cours d’une étape 404, dont le résultat est illustré sur la figure 6, les barres omnibus 106, 108 (fixées mécaniquement ensemble par le surmoulage 206) sont placées à une position prédéfinie par rapport à la face supérieure 502 du support 504. Dans l’exemple décrit, la barre omnibus positive 106 est placée à une hauteur H de la face supérieure 502 du support 504. La hauteur H est choisie de manière à être supérieure à la somme de la hauteur maximale des corps des capacités 124 et de l’épaisseur souhaitée de matériau conducteur thermique 312 (généralement entre 0,2 mm et 3 mm).
Dans cette position, les broches 304, 306 passent respectivement dans des trous ménagés au travers des barres omnibus 106, 108, de manière à dépasser au-dessus des barres omnibus 106,108.
La longueur des broches 304, 306 est telle que les broches 304, 306 traversent bien les barres omnibus 106, 108 même lorsque la capacité 124 présente la hauteur minimale prévue par la tolérance verticale.
Par exemple, le cas de la broche 304 est illustré sur la figure 10. La broche 304 présente une extrémité libre 1002 située à une distance verticale Lc+ de la face de dissipation de chaleur 302 de la capacité 124. D’après les jeux de fabrication de la capacité 124, la distance Lc+ est comprise entre une distance minimale Lc+(min) et une distance maximale Lc+(max) = Lc+(min) + Xp, où Xp représente les jeux de fabrication. Par ailleurs, le support 504 présente une paroi 1004 verticale s’élevant de la face supérieure 502 et présentant une face supérieure 1005 sur laquelle le surmoulage 206 est posé. La paroi 1004 présente une hauteur définissant une profondeur Pm du support 504. En d’autres termes, la hauteur de la paroi 1004 est mesurée entre la face supérieure 502 du support 504 et la face supérieure 1005 de la paroi 1004. La barre omnibus positive 106 à laquelle la broche 304 doit être fixée est prise dans le surmoulage 206 et présente un dessus situé à une hauteur Hb+ audessus de la face supérieure 1005 de la paroi 1004.
Ainsi, pour s’assurer que la broche 304 passe bien au travers de la barre omnibus positive 106, la distance Lc+ doit, dans cet exemple, satisfaire l’équation suivante :
Lc+(max) = Lc+(min) + Xp > Lc+ > Lc+(min) > Pm + Hb+ + ε ε étant la longueur de broche devant dépasser de la barre omnibus positive 106 afin de permettre la fixation de la broche 304 à la barre omnibus positive 106. Par exemple, pour certaines méthodes de fixation de la broche, ε vaut de préférence 1,2 mm +/- 0,4 mm.
Cette équation peut être généralisée à n’importe quelle broche (304 ou 306) de la capacité 124 :
Lc(max) = Lc(min) + Xp > Le > Lc(min) > Pm + Hb + ε où Le est la distance verticale entre la face de dissipation de chaleur 302 et l’extrémité libre de la broche considérée, Lc(min) est le minimum de la distance Le selon les jeux de fabrication de la capacité 124, Xp représente les jeux de fabrication, Pm est la profondeur du support 504 et Hb est la distance verticale entre le haut de la paroi 1004 et la barre omnibus à laquelle la broche doit être connectée. En outre, lorsque la distance Le est égale à Pm + Hb + ε, il n’est pas nécessaire de couper la broche. En revanche, lorsque la distance Le est supérieure à Pm + Hb + ε, la broche est de préférence coupée pour ramener la distance Le à Pm + Hb + ε.
De retour à la figure 4, au cours d’une étape 406, dont le résultat est illustré sur la figure 7, les broches 304, 306 de chaque capacité 124 sont coupées, si nécessaire, de manière à ce qu’elles dépassent respectivement des barres omnibus 106, 108 d’au plus ε (valant comme indiqué plus haut par exemple 1,2 mm +/- 0,4 mm).
De retour à la figure 4, au cours d’une étape 408, dont le résultat est illustré sur la figure 8, les broches 304, 306 de chaque capacité 124 sont respectivement fixées mécaniquement aux barres omnibus 106, 108, de manière à établir une connexion électrique. La fixation comporte par exemple la soudure, la brasure ou bien le sertissage des broches 304, 306 respectivement aux barres omnibus 106,108.
De retour à la figure 4, au cours d’une étape 410, l’ensemble des barres omnibus 106,108, du surmoulage 206 et des capacités 124 est retiré du support 504.
Au cours d’une étape 412, dont le résultat est illustré sur la figure 9, la face de dissipation de chaleur 302 de chaque capacité 124 est posée sur la face supérieure 310 du dissipateur de chaleur 202, de sorte que la face de dissipation de chaleur 302 soit en contact thermique avec le dissipateur de chaleur 202. Dans l’exemple décrit, le contact thermique est réalisé en intercalant un matériau thermique 312 entre les faces 302, 310. Par exemple, le matériau thermique est déposé sur la face supérieure 310 du dissipateur de chaleur 202 avant la pose des faces de dissipation de chaleur 302 des capacités 124.
De préférence, le matériau conducteur thermique 312 comporte de la colle, afin de fixer mécaniquement les capacités 124 au dissipateur de chaleur 202 de manière à éviter des contraintes trop importantes, par exemple des contraintes de vibration, sur les broches 304, 306.
De retour à la figure 4, au cours d’une étape 414, le surmoulage 206 est fixé mécaniquement au dissipateur de chaleur 202, par exemple par vissage (un joint de colle peut en outre être utilisé s’il est nécessaire d’assurer l’étanchéité), ce qui permet de fixer également les barres omnibus 106, 108 au dissipateur de chaleur 202.
Contrairement à l’état de la technique où la tolérance verticale sur le corps des capacités 124 se retrouve entre la face de dissipation de chaleur 302 et la face supérieure 310 du dissipateur de chaleur 202 ce qui conduit à une grande utilisation de matériau conducteur thermique 312, cette tolérance verticale se retrouve, dans l’invention, entre le corps des capacités 124 et les barres omnibus 106, 108. Ainsi, la couche de matériau conducteur thermique 312 présente sensiblement, pour toutes les capacités 124, l’épaisseur souhaitée.
Au cours d’une étape 416, l’assemblage représenté sur la figure 9 est passé au four pour polymériser le matériau conducteur thermique 312 (et éventuellement la colle utilisée à l’étape 414). L’assemblage peut être placé dans le four à l’horizontale (face 310 horizontale) ou bien à la verticale (face 310 verticale). Dans ce dernier cas, le matériau conducteur thermique 312 (comme la colle de l’étape 414) est choisi de manière à ne pas couler une fois que l’assemblage est placé à la verticale. Pour cela, l’épaisseur du matériau conducteur thermique 312, sa viscosité et sa thixotropie sont choisies de manière à éviter son écoulement. Par exemple, l’épaisseur est de préférence choisie entre 0,2 mm et 3 mm comme indiqué précédemment, et la viscosité entre 50 et 150 Pa.s.
Dans un autre mode de réalisation, l’étape 406 est réalisée avant l’étape 404. Dans ce cas, au cours de l’étape 406, les broches 304, 306 de chaque capacité 124 sont coupées à une distance prédéterminée de la face supérieure 502 du support 504. Cette distance prédéterminée est par exemple telle 5 qu’après l’étape 404, lorsque les barres omnibus 106, 108 ont été placées à une position prédéfinie par rapport à la face supérieure 502 du support 504, les broches 304, 306 dépassent respectivement des barres omnibus 106, 108 d’au plus 1,2 mm +/- 0,4 mm.
La présente invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment, mais est au contraire définie par les revendications qui suivent.
sera en effet apparent à l’homme du métier que des modifications peuvent y être apportées.
Par ailleurs, les termes utilisés dans les revendications ne doivent pas être compris comme limités aux éléments des modes de réalisation décrits 15 précédemment, mais doivent au contraire être compris comme couvrant tous les éléments équivalents que l’homme du métier peut déduire à partir de ses connaissances générales.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Procédé (400) de montage d’au moins une capacité (124) sur un dissipateur de chaleur (202), comportant :- la soudure (408) de broches (304, 306) de chaque capacité (124) à des conducteurs électriques respectifs (106,108),- après la soudure (408) des broches (304, 306), la pose (412) d’une face de dissipation de chaleur (302) de chaque capacité (124) en contact thermique sur une face (310) du dissipateur de chaleur (202),- la fixation mécanique (414) des conducteurs électriques (106, 108) au dissipateur de chaleur (202), le procédé (400) étant caractérisé en ce qu’il comporte en outre, avant la soudure (408) des broches (304, 306) :- la pose (402) de la face de dissipation de chaleur (302) de la capacité (124) contre une face (502) d’un support (504),- le placement (404) des conducteurs électriques (106, 108) à une position prédéfinie par rapport à la face (502) du support (504), la soudure (108) des broches (304, 306) étant réalisée lorsque les conducteurs électriques (106, 108) sont à la position prédéfinie par rapport à la face (502) du support (504).
- 2. Procédé selon la revendication 1, comportant en outre, avant la soudure (408) des broches (304, 306), la coupe (406) d’au moins une broche (304, 306).
- 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la coupe (406) d’au moins une broche (304, 306) est réalisée après le placement (404) des conducteurs électriques (106,108) à une position prédéfinie.
- 4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la coupe (406) d’au moins une broche (304, 306) est réalisée avant le placement (404) des conducteurs électriques (106,108) à une position prédéfinie.
- 5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la face (502) du support (504) et la face (310) du dissipateur de chaleur (202) sont planes.
- 6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel,5 lors de la pose (412) de la face de dissipation de chaleur (302) de chaque capacité (124) en contact thermique sur la face (310) du dissipateur de chaleur (202), un matériau conducteur thermique (312) est intercalé.
- 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le matériau conducteur thermique (312) comporte de la colle.10
- 8. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel plusieurs capacités (124) sont montées.
- 9. Assemblage d’un dissipateur de chaleur (202) et d’au moins une capacité (124) montée sur le dissipateur de chaleur (202) au moyen d’un procédé de montage selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.15
- 10. Convertisseur de tension (104) comportant un assemblage selon la revendication 9.
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