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FR3150685A1 - Dispositif électronique à refroidissement amélioré - Google Patents

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FR3150685A1
FR3150685A1 FR2306768A FR2306768A FR3150685A1 FR 3150685 A1 FR3150685 A1 FR 3150685A1 FR 2306768 A FR2306768 A FR 2306768A FR 2306768 A FR2306768 A FR 2306768A FR 3150685 A1 FR3150685 A1 FR 3150685A1
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FR
France
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electrically insulating
layers
insulating layer
electrically conductive
layer
Prior art date
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Pending
Application number
FR2306768A
Other languages
English (en)
Inventor
Bruno Lefevre
François LECHLEITER
Charline CUENOT
Agnès CHAILLOT
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.)
CIMULEC
Safran Electronics and Defense SAS
MBDA France SAS
Original Assignee
CIMULEC
Safran Electronics and Defense SAS
MBDA France SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CIMULEC, Safran Electronics and Defense SAS, MBDA France SAS filed Critical CIMULEC
Priority to FR2306768A priority Critical patent/FR3150685A1/fr
Publication of FR3150685A1 publication Critical patent/FR3150685A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

Dispositif électronique comprenant au moins une plaque de circuit imprimé (1), un composant électronique de puissance (3) enfoui dans la plaque de circuit imprimé, caractérisé en ce que la plaque de circuit imprimé (1) comprend au moins une couche électriquement isolante (11, 12.1, 12.2, 15.1, 15.2) qui a une conductivité thermique au moins égale à 1W/m.K pour former une couche électriquement isolante de conduction thermique et qui est disposée pour participer à un transfert de chaleur par conduction entre le composant électronique de puissance (3) et la face externe de la plaque de circuit imprimé (1). FIGURE DE L’ABREGE : Fig. 1

Description

Dispositif électronique à refroidissement amélioré
La présente invention concerne le domaine de l’électronique et notamment le refroidissement des composants électroniques de puissance. Les composants de puissance sont par exemple des onduleurs, des convertisseurs, des disjoncteurs, des transistors ou tout autre composant d’un circuit de puissance…
ARRIERE PLAN DE L’INVENTION
Il est connu des cartes électroniques comprenant une carte ou plaque de circuit imprimé (communément appelée PCB), rigide ou flexible, comportant des pistes conductrices et des composants électroniques qui sont fixés sur la plaque de circuit imprimé et qui ont des plots électriquement reliés aux pistes conductrices. Les plaques de circuit imprimé les plus couramment utilisées de nos jours comprennent des couches électriquement conductrices et des couches électriquement isolantes s’étendant en alternance les unes avec les autres. Lorsque l’un des composants électroniques est un composant de puissance, il est souvent nécessaire de prévoir des moyens de refroidissement tels qu’un radiateur disposé sur la face externe de la plaque du circuit imprimé opposée au composant de puissance et des vias thermiques et/ou des drains métalliques traversant la plaque de circuit imprimé pour relier le radiateur au composant électronique de puissance. Il généralement nécessaire de prévoir dans ces agencements des interfaces thermiques électriquement isolantes entre, d’une part, les vias thermiques et drains métalliques et, d’autre part, le composant électronique de puissance et les pistes conductrices. Les interfaces thermiques doivent conserver leurs propriétés pendant toute la durée de vie du dispositif électronique. La mise en place de ces interfaces thermiques engendre des contraintes de conception et de fabrication.
Par ailleurs, la diminution de l’encombrement des boîtiers électroniques, nécessaire dans nombre d’applications, a conduit à une augmentation des densités de composants électronique et à l’enfouissement de certains de ceux-ci dans la plaque de circuit imprimé.
OBJET DE L’INVENTION
L’invention a notamment pour but d’améliorer le refroidissement des circuits électroniques.
A cet effet, on prévoit, selon l’invention un dispositif électronique comprenant au moins une plaque de circuit imprimé, un composant électronique de puissance enfoui dans la plaque de circuit imprimé. La plaque de circuit imprimé comprend au moins une couche électriquement isolante qui a une conductivité thermique au moins égale à 1W/m.K pour former une couche électriquement isolante de conduction thermique et qui est disposée pour participer à un transfert de chaleur par conduction entre le composant électronique de puissance et la face externe de la plaque de circuit imprimé.
Ainsi, au moins une des couches électriquement isolantes de la plaque de circuit imprimé assure une double fonction : une fonction d’isolation électrique et une fonction de conduction thermique. On notera que plus la surface de la couche électriquement isolante de conduction thermique est importante et plus elle sera à même de conduire de la chaleur. En exploitant la totalité de la surface de la couche électriquement isolante, on peut assurer une conduction thermique supérieure à celle procurée par des drains thermiques dont la section globale est plus réduite. La plaque de circuit imprimé elle-même participe donc à la fonction de dissipation thermique en assurant une fonction de conduction thermique de la chaleur produite par le composant électronique de puissance. Ceci permet également de limiter le recours à des vias thermiques et assurer une meilleure isolation électrique vers l’extérieur. On pourra donc utiliser comme interfaces thermiques des matières de faible épaisseur et/ou comportant des particules électriquement conductrices (les matériaux électriquement conducteurs étant généralement de meilleurs conducteurs thermiques que les matériaux électriquement isolants).
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d’un mode de réalisation particulier et non limitatif de l’invention.
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
la est une vue schématique en coupe transversale d’un dispositif électronique selon un premier mode de réalisation ;
la est une vue schématique en coupe transversale d’un dispositif électronique selon un deuxième mode de réalisation ;
la est une vue schématique en coupe transversale d’un dispositif électronique selon un troisième mode de réalisation.
 DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
En référence aux figures, l’invention concerne une carte électronique comprenant au moins une plaque de circuit imprimé généralement désignée en 1, des composants électroniques 2, 3 et un dissipateur thermique sous la forme d’un radiateur 4. On notera que les hachures employées dans les dessins ne donnent aucune information sur la nature des matériaux employés.
Sur les figures 1 et 2 représentant les premier et deuxième modes de réalisation de l’invention, la plaque de circuit imprimé 1 comprend au moins un premier jeu de couches externes 10.1 et un deuxième jeu de couches externes 10.2 s’étendant de part et d’autre d’au moins une première couche électriquement isolante 11.
Chaque jeu de couches externes 10.1, 10.2 comprend une deuxième couche électriquement isolante, une première couche électriquement conductrice disposée entre la deuxième couche électriquement isolante et la première couche électriquement isolante 11, une deuxième couche électriquement conductrice disposée à l’opposé de la première couche électriquement isolante, et une troisième couche électriquement isolante recouvrant la deuxième couche électriquement conductrice et les portions de la deuxième couche électriquement isolante laissées découvertes par la deuxième couche électriquement conductrice.
Ainsi, pour le premier jeu de couches externes 10.1 :
  • la deuxième couche électriquement isolante 12.1 s’étend entre la première couche électriquement conductrice 13.1 et la deuxième couche électriquement conductrice 14.1, la première couche électriquement conductrice 13.1 étant disposée du côté de la première couche électriquement isolante 11,
  • la troisième couche électriquement isolante 15.1 recouvre la deuxième couche électriquement conductrice 14.1 et les portions de la deuxième couche électriquement isolante 12.1 laissées découvertes par la deuxième couche électriquement conductrice 14.1,
Le premier jeu de couches externes 10.1 comprend en outre une troisième couche électriquement conductrice 16.1 qui s’étend sur la troisième couche électriquement isolante 15.1.
Pour le deuxième jeu de couches externes 10.2 :
  • la deuxième couche électriquement isolante 12.2 s’étend entre la première couche électriquement conductrice 13.2 et la deuxième couche électriquement conductrice 14.2, la première couche électriquement conductrice 13.2 étant disposée du côté de la première couche électriquement isolante 11,
  • la troisième couche électriquement isolante 15.2 recouvre la deuxième couche électriquement conductrice 14.2 et les portions de la deuxième couche électriquement isolante 12.2 laissées découvertes par la deuxième couche électriquement conductrice 14.2.
Le deuxième jeu de couches externes 10.2 comprend en outre une troisième couche électriquement conductrice 16.2 qui s’étend sur la troisième couche électriquement isolante 15.2.
On comprend que les jeux de couches externes sont symétriques en terme de nombre de couches et d’épaisseur des couches.
Le composant électronique 2 est monté à l’extérieur de la plaque de circuit imprimé 1 et a des plots reliés par une brasure 17 à des plages de la troisième couche électriquement conductrice 16.
Le composant électronique 3 est enfoui dans la première couche électriquement isolante 11 et a des plots 3’ reliés par une brasure 18 à des plages de la première couche électriquement conductrice 13.1 du premier jeu de couches externes 10.1. Le composant électronique 3 est ici un composant électronique de puissance comme un transistor. A titre d’exemple, on utilisera un composant mettant en œuvre une technologie de type GaN (semi-conducteur au nitrure de gallium).
Le radiateur 4 est fixé sur la troisième couche électriquement isolante 15.1 du premier jeu de couches externes 10.1 par l’intermédiaire d’une une interface thermique 19 recouvrant la troisième couche électriquement conductrice 16.1 s’étendant sur la troisième couche électriquement isolante 15.1. L’interface thermique 19 est ici réalisée sous la forme d’un film de matière électriquement et thermiquement conductrice comme une colle ou une brasure, ou une feuille de matériau électriquement et thermiquement conductrice comme un feuillard métallique.
Dans le premier mode de réalisation, la première couche électriquement isolante 11 est par exemple formée d’une pluralité de sous-couches préimprégnées (couramment appelées « prepreg ») comportant un matériau composite, à matrice époxy et fibres de verre, du type classiquement utilisé pour la réalisation des plaques de circuit imprimé, c’est-à-dire que le matériau composite a une conductivité thermique comprise entre 0,3 et 0,4 W/m.K.
Chaque jeu de couches externes 10.1, 10.2 est ici réalisé sous la forme d’un laminé ou stratifié. La deuxième couche électriquement isolante 12.1, 12.2 est une feuille du matériau composite du type ci-dessus ayant des faces opposées sur lesquelles ont été déposées des feuilles de cuivre formant les première et deuxième couches électriquement conductrices 13.1, 13.2, 14.1, 14.2. La troisième couche électriquement conductrice 16 qui s’étend sur la troisième couche électriquement isolante 15.2 est une feuille de cuivre comme les première et deuxième couches électriquement conductrice 13.2, 14.2.
La troisième couche électriquement isolante 15.1, 15.2 des jeux de couches externes 10.1, 10.2 est ici formée d’une pluralité de sous-couches préimprégnées (couramment appelées « prepreg ») comportant un matériau composite, ici à matrice époxy et fibres de verre, ayant une température de transition vitreuse (couramment notée Tg) au moins égale à 150°C et une conductivité thermique au moins égale à 1W/m.K et ici au moins égale à 2W/m.K voire 3W/m.K. Le matériau utilisé dans le présent exemple est celui produit sous la marque 92ML par la société Rogers Corporation, qui a une température de transition vitreuse de 160°C et présente une conductivité thermique d’environ 2,3W/m.K dans le plan. En variante, on peut également utiliser le matériau VT-5A2 produit par la société VENTEC ayant une température de transition vitreuse de 190°C et une conductivité thermique de 2,2 à 3,4 W/mK. La troisième couche électriquement isolante 15.1, 15.2 des jeux de couches externes 10.1, 10.2 est ainsi agencée pour former une couche électriquement isolante de conduction thermique disposée pour participer à un transfert de chaleur par conduction depuis les composants électroniques 2, 3.
La plaque de circuit imprimé 1 comprend en outre des moyens de conduction thermique selon une direction transversale à la plaque de circuit imprimé 1 (c’est-à-dire dans le sens de l’épaisseur).
La deuxième couche électriquement isolante 12.1 du premier jeu de couches externes 10.1 est ainsi traversée par au moins un et ici des drains thermiques 20 assurant une conduction thermique entre la première couche électriquement conductrice 13.1 et la deuxième couche électriquement conductrice 14.1 du premier jeu de couches externes 10.1. Les drains thermiques 20 sont formés par du cuivre remplissant des microvias qui sont ménagés dans la deuxième couche électriquement isolante 12.1 entre les deux couches électriquement conductrices 13.1, 14.1. La troisième couche électriquement isolante 15.1 du premier jeu de couches externes 10.1, les couches électriquement conductrices 13.1, 14.1, les brasures 18, les drains thermiques 20, la troisième couche électriquement conductrice 16.1 et l’interface thermique 19 assurent un transfert de chaleur par conduction entre le composant électronique 3 et le radiateur 4.
La troisième couche électriquement isolante 15.2 du deuxième jeu de couches externes 10.2 est traversée par au moins un et ici des conducteurs électriques 21 assurant une conduction électrique et une conduction thermique entre la troisième couche électriquement conductrice 16.2 et la deuxième couche électriquement conductrice 14.2 du deuxième jeu de couches externes 10.2. Les conducteurs électriques 21 sont formés par du cuivre remplissant des microvias qui sont ménagés dans la troisième couche électriquement isolante 15.2 entre les deux couches électriquement conductrices 16.2, 14.2.
Au moins un conducteur électrique 22 s’étend en outre dans la plaque de circuit imprimé 1 entre la deuxième couche électriquement conductrice 14.1 du premier jeu de couches externes 10.1 et la deuxième couche électriquement conductrice 14.2 du deuxième jeu de couches externes 10.2. Le conducteur électrique 22 assure une conduction électrique et une conduction thermique entre les couches 14.1 et 14.2. De préférence, le conducteur électrique 22 est aussi relié à la première couche électriquement conductrice 13.1 du premier jeu de couches externes 10.1.
La troisième couche électriquement isolante 15.2 du deuxième jeu de couches externes 10.2, les brasures 17, les couches électriquement conductrices 13.2, 14.2, les conducteurs électriques 21, le conducteur électrique 22, les couches électriquement conductrices 13.1, 14.1, les drains thermiques 20, la troisième couche électriquement isolante 15.1 du premier jeu de couches externes 10.1, la troisième couche électriquement conductrice 16.1 et l’interface thermique 19 assurent un transfert de chaleur par conduction entre le composant électronique 2 et le radiateur 4.
La troisième couche électriquement isolante 15.1 du jeu de couches externes 10.1 est ainsi agencée pour former une couche électriquement isolante de conduction thermique disposée pour participer à un transfert de chaleur par conduction depuis le composant électronique 3 vers le radiateur 4. Le composant électronique 2 n’a pas besoin d’être spécifiquement refroidi. La présence du deuxième jeu de couche externe vise à créer une symétrie de la plaque de circuit imprimé 1 afin d’éviter des déformations de la plaque de circuit imprimé sous l’effet de dilatations thermiques différentielles.
On notera que cet agencement favorise un refroidissement du composant 3 par le bas.
On notera encore que, de préférence, les extrémités des drains thermiques ne débouchent pas à l’air libre, et ce afin d’assurer une fonction d’isolation électrique dans le PCB. Si les deux surfaces externes de la plaque de circuit imprimé 1 sont formées par les troisièmes couches électriquement isolantes 15.1, 15.2, le circuit de la plaque de circuit imprimé 1 est isolé électriquement vis-à-vis de l’extérieur tout en autorisant une dissipation de la chaleur produite par les composants. Le montage du radiateur 4 est aussi facilité.
Les éléments identiques ou analogues à ceux précédemment décrits porteront des références numériques identiques à ces derniers, dans la description qui suit des deux modes de réalisation des figures 2 et 3.
Dans le deuxième mode de réalisation représenté sur la , sont identiques à ceux du premier mode de réalisation : l’empilement des couches 15.1, 14.1, 12.1, 13.1, 11, 13.2, 12.2, 14.2, 15.2, 16.1, 16.2 ; le positionnement des composants électroniques 2, 3 et du radiateur 4 ; et l’agencement des drains 20 et des conducteurs électriques 21, 22.
Le deuxième mode de réalisation se distingue du premier mode de réalisation en ce que, dans le deuxième mode de réalisation, toutes les couches électriquement isolantes (11, 12.1 et 12.2) sont également thermiquement conductrices. Ainsi, les couches électriquement isolantes 11, 12.1, 12.2 sont - comme les couches électriquement isolantes 15.1 et 15.2 - en un matériau composite, ici à matrice époxy et fibres de verre, ayant une température de transition vitreuse (couramment notée Tg) au moins égale à 150°C et une conductivité thermique au moins égale à 1W/m.K et ici au moins égale à 2W/m.K voire 3W/m.K. Le matériau utilisé dans le présent exemple est celui produit sous la marque 92ML par la société Rogers Corporation, qui a une température de transition vitreuse de 160°C et présente une conductivité thermique d’environ 2,3W/m.K dans le plan. En variante, on peut également utiliser le matériau VT-5A2 produit par la société VENTEC ayant une température de transition vitreuse de 190°C et une conductivité thermique de 2,2 à 3,4 W/mK. Les couches électriquement isolantes 11, 12.1, 15.1, 12.2, 15.2 sont ainsi agencées pour former des couches électriquement isolantes dites « de conduction thermique » c’est-à-dire ayant une conductivité thermique optimisée pour participer à un transfert de chaleur par conduction depuis les composants électroniques 2, 3.
En privilégiant les couches électriquement isolantes aux drains thermiques pour assurer la conduction thermique, on améliore l’isolation électrique.
Dans le troisième mode de réalisation de la , on a illustré un agencement permettant un refroidissement du composant électronique 3 par le haut.
La plaque de circuit imprimé comprend comme précédemment une première couche électriquement isolante 11 et deux jeux de couches externes 10.1, 10.2 comprenant chacun une deuxième couche électriquement isolante, une première couche électriquement conductrice disposée entre la deuxième couche électriquement isolante et la première couche électriquement isolante, et une deuxième couche électriquement conductrice disposée à l’opposé de la première couche électriquement isolante.
Ainsi, pour le premier jeu de couches externes 10.1, la deuxième couche électriquement isolante 12.1 s’étend entre la première couche électriquement conductrice 13.1 et la deuxième couche électriquement conductrice 14.1, la première couche électriquement conductrice 13.1 étant disposée du côté de la première couche électriquement isolante 11.
Pour le deuxième jeu de couches externes 10.2, la deuxième couche électriquement isolante 12.2 s’étend entre la première couche électriquement conductrice 13.2 et la deuxième couche électriquement conductrice 14.2, la première couche électriquement conductrice 13.2 étant disposée du côté de la première couche électriquement isolante 11.
Une interface thermique 19 recouvre la deuxième couche électriquement conductrice 14.2 et les portions de la deuxième couche électriquement isolante 12.2 laissées découvertes par la deuxième couche électriquement conductrice 14.2.
Le composant électronique 2 est monté à l’extérieur de la plaque de circuit imprimé 1 et a des plots reliés par une brasure 17 à des plages de la deuxième couche électriquement conductrice 14.1 du premier jeu de couches externes 10.1.
Le composant électronique 3 est enfoui dans la première couche électriquement isolante 11 et a des plots 3’ brasés sur des plages de la première couche électriquement conductrice 13.1 du premier jeu de couches externes 10.1. Le composant est ici de type LGA ou BGA mais d’autres types de composant sont possibles.
Le radiateur 4 est fixé via l’interface thermique 19 sur la deuxième couche électriquement conductrice 14.2 du deuxième jeu de couches externes 10.2.
Il est prévu comme précédemment des drains thermiques 20 et des conducteurs électriques 22.
La deuxième couche électriquement isolante 12.2 du deuxième jeu de couches externes 10.2 est traversée par des drains thermiques 23 assurant une conduction thermique entre la première couche électriquement conductrice 13.2 et la deuxième couche électriquement conductrice 14.2 du deuxième jeu de couches externes 10.2. Les drains thermiques 23 sont formés par du cuivre remplissant des microvias qui sont ménagés dans la deuxième couche électriquement isolante 12.2 entre les deux couches électriquement conductrices 13.2, 14.2.
La première couche électriquement isolante 11 forme une couche électriquement isolante de conduction thermique. Elle est à cette fin réalisée en un matériau composite, ici à matrice époxy et fibres de verre, ayant une température de transition vitreuse (couramment notée Tg) au moins égale à 150°C et une conductivité thermique au moins égale à 1W/m.K et ici au moins égale à 2W/m.K voire 3W/m.K. Le matériau utilisé dans le présent exemple est celui produit sous la marque 92ML par la société Rogers Corporation, qui a une température de transition vitreuse de 160°C et présente une conductivité thermique d’environ 2,3W/m.K dans le plan. La couche électriquement isolante de conduction thermique est ici réalisée sous la forme d’une pluralité de sous-couches préimprégnées empilées les unes sur les autres.
Les autres couches électriquement isolantes sont ici réalisées dans des matériaux traditionnels.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée au mode de réalisation décrit mais englobe toute variante entrant dans le champ de l’invention telle que définie par les revendications.
En particulier, la structure du dispositif peut être différente de celle décrite.
Le dispositif peut par exemple comprendre un nombre différent de composants de puissance ou de commande. Les composants électroniques peuvent être de différents types : être analogiques, comprendre un ou des circuits intégrés, un ou des éléments actifs ou passifs... Ils peuvent mettre en œuvre une autre technologie comme celle des semi-conducteurs au carbure de silicium (SiC), Silicium (Si) ou nitrure de gallium (GaN), ou tout autre élément émettant une chaleur et qu’il faut refroidir.
La plaque de circuit imprimé peut comprendre un nombre différent de couches électriquement conductrices, de couches électriquement isolantes et de couches électriquement isolantes de conduction thermique. Par exemple, seule la première couche électriquement isolante pourrait être agencée pour assurer une conduction thermique. La plaque de circuit imprimé peut alternativement comprendre une ou plusieurs couches électriquement isolantes de conduction thermique, mais d’un seul côté de la première couche électriquement isolante. La plaque de circuit imprimé peut être constituée d’un unique stratifié dont une ou plusieurs couches électriquement isolantes sont agencées pour assurer une conduction thermique.
Le matériau utilisé pour former les couches électriquement isolantes de conduction thermique peut être celui indiqué ou tout autre matériau présentant des spécifications analogues ou conformes à celles mentionnées. Ce peut être un matériau composite ou non. Il peut intégrer des charges améliorant sa conductivité thermique.
La plaque de circuit imprimé 1 comprend au moins un premier jeu de couches externes 10.1 et un deuxième jeu de couches externes 10.2 s’étendant de part et d’autre d’au moins une première couche électriquement isolante 11 dans laquelle est enfoui le composant électronique de puissance 3 ; les premier et deuxième jeu de couches externes comportant chacun : une deuxième couche électriquement isolante 12.1, 12.2, une première couche électriquement conductrice 13.1, 13.2 disposée entre la deuxième couche électriquement isolante 12.1, 12.2 et la première couche électriquement isolante 11, et une deuxième couche électriquement conductrice 14.1, 14.2 disposée à l’opposé de la première couche électriquement isolante 11 ; le composant électronique de puissance 3 ayant des plots 3’ connectés à la première couche électriquement conductrice 13.1 du premier jeu de couches externes 10.1. La deuxième couche électriquement isolante 12.1, 12.2 d’au moins l’un des jeux de couches externes 10.1, 10.2 forme la couche électriquement isolante de conduction thermique.
La plaque de circuit imprimé 1 comprend au moins un premier jeu de couches externes 10.1 et un deuxième jeu de couches externes 10.2 s’étendant de part et d’autre d’au moins une première couche électriquement isolante 11 dans laquelle est enfoui le composant électronique de puissance 3 ; les premier et deuxième jeu de couches externes comportant chacun : une deuxième couche électriquement isolante 12.1, 12.2, une première couche électriquement conductrice 13.1, 13.2 disposée entre la deuxième couche électriquement isolante 12.1, 12.2 et la première couche électriquement isolante 11, et une deuxième couche électriquement conductrice 14.1, 14.2 disposée à l’opposé de la première couche électriquement isolante 11 ; le composant électronique de puissance 3 ayant des plots 3’ connectés à la première couche électriquement conductrice 13.1 du premier jeu de couches externes 10.1. Le dispositif comprend un dissipateur thermique 4 fixé sur la deuxième couche électriquement conductrice 14.2 du deuxième jeu de couches externes 10.2 via une interface thermique 19.
Le dissipateur thermique peut être un caloduc ou tout au dispositif actif ou passif permettant d’assurer un refroidissement.
Le dissipateur thermique 4 peut être fixé sur la troisième couche électriquement isolante 15.1, 15.2 via une interface thermique pour favoriser la dissipation thermique du circuit nu, qui peut être électriquement conductrice ou pas, ou brasé sur une couche de cuivre recouvrant la troisième couche électriquement isolante 15.1, 15.2 (la brasure a l’avantage d’assurer une bonne conduction thermique).
Les conducteurs électriques 21, 22 peuvent être remplacés par des drains thermiques si une conduction électrique n’est pas nécessaire.
On a indiqué que si les deux surfaces externes de la plaque de circuit imprimé 1 sont formées par les troisièmes couches électriquement isolantes 15.1, 15.2, le circuit de la plaque de circuit imprimé 1 est isolé électriquement vis-à-vis de l’extérieur tout en autorisant une dissipation de la chaleur produite par les composants. On peut aussi être électriquement isolé en ne réalisant pas de vias laser dans la couche 15.1 lors de la fabrication de la plaque de circuit imprimé. Le cuivre de la troisième surface électriquement conductrice 16.2 permet le report de composants et le cuivre de la troisième surface électriquement conductrice 16.1 est favorable à la dissipation thermique.
La plaque de circuit imprimé 1 comprend cinq couches électriquement isolantes 11, 12.1, 12.2, 15.1, 15.2 agencées pour former les couches électriquement isolantes de conduction thermique.

Claims (13)

  1. Dispositif électronique comprenant au moins une plaque de circuit imprimé (1), un composant électronique de puissance (3) enfoui dans la plaque de circuit imprimé, caractérisé en ce que la plaque de circuit imprimé (1) comprend au moins une couche électriquement isolante (11, 12.1, 12.2, 15.1, 15.2) qui a une conductivité thermique au moins égale à 1W/m.K pour former une couche électriquement isolante de conduction thermique et qui est disposée pour participer à un transfert de chaleur par conduction entre le composant électronique de puissance (3) et la face externe de la plaque de circuit imprimé (1).
  2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la conductivité thermique de la couche électriquement isolante de conduction thermique (11, 12.1, 12.2, 15.1, 15.2) est au moins égale à 2W/m.K voire 3W/m.K.
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la plaque de circuit imprimé (1) comprend au moins un premier jeu de couches externes (10.1) et un deuxième jeu de couches externes (10.2) s’étendant de part et d’autre d’au moins une première couche électriquement isolante (11) dans laquelle est enfoui le composant électronique de puissance (3) ; les premier et deuxième jeu de couches externes comportant chacun : une deuxième couche électriquement isolante (12.1, 12.2), une première couche électriquement conductrice (13.1, 13.2) disposée entre la deuxième couche électriquement isolante (12.1, 12.2) et la première couche électriquement isolante (11), et une deuxième couche électriquement conductrice (14.1, 14.2) disposée à l’opposé de la première couche électriquement isolante (11) ; le composant électronique de puissance (3) ayant des plots (3’) connectés à la première couche électriquement conductrice (13.1) du premier jeu de couches externes (10.1).
  4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel chaque jeu de couches externes (10.1, 10.2) comprend une troisième couche électriquement isolante (15.1, 15.2) recouvrant la deuxième couche électriquement conductrice (14.1, 14.2), au moins l’une des troisièmes couches électriquement isolantes (15.1, 15.2) étant agencée pour former la couche électriquement isolante de conduction thermique.
  5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel chaque jeu de couches externes (10.1, 10.2) comprend une troisième couche électriquement conductrice (16.1, 16.2) recouvrant la troisième couche électriquement isolante (15.1, 15.2) et le dispositif comprend un dissipateur thermique (4) fixé sur la troisième couche électriquement conductrice (16.1) du premier jeu de couches externes via une interface thermique (19).
  6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel la troisième couche électriquement isolante (15.2) du deuxième jeu de couches externes (10.2) est traversée par au moins un conducteur électrique (21) s’étendant entre les troisième et deuxième couches électriquement conductrices du deuxième jeu de couches externes (10.2).
  7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, dans lequel la deuxième couche électriquement isolante (12.1) du premier jeu de couches externes (10.1) est traversée par au moins un drain thermique (20) assurant une conduction thermique entre les première et deuxième couches électriquement conductrices du premier jeu de couches externes (10.1).
  8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 3 à 7, dans lequel la deuxième couche électriquement isolante (12.1, 12.2) d’au moins l’un des jeux de couches externes (10.1, 10.2) forme la couche électriquement isolante de conduction thermique.
  9. Dispositif selon la revendication 3, comprenant un dissipateur thermique (4) fixé sur la deuxième couche électriquement conductrice (14.2) du deuxième jeu de couches externes (10.2) via une interface thermique (19).
  10. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 3 à 9, dans lequel la première couche électriquement isolante (11) forme la couche électriquement isolante de conduction thermique.
  11. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 3 à 10, dans lequel au moins un conducteur électrique (22) s’étend dans la plaque de circuit imprimé (1) entre la deuxième couche électriquement conductrice (14.1) du premier jeu de couches externes (10.1) et la deuxième couche électriquement conductrice (14.2) du deuxième jeu de couches externes (10.2).
  12. Dispositif selon la revendication 11, dans lequel au moins le conducteur électrique (22) est également relié à la première couche électriquement conductrice (13.1) du premier jeu de couches externes (10.1).
  13. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la plaque de circuit imprimé (1) comprend cinq couches électriquement isolantes (11, 12.1, 12.2, 15.1, 15.2) agencées pour former les couches électriquement isolantes de conduction thermique.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050112798A1 (en) * 2002-06-19 2005-05-26 Sten Bjorbell Electronics circuit manufacture
DE102020126647A1 (de) * 2019-10-25 2021-04-29 Infineon Technologies Ag Leistungselektronikeinheit und Verfahren zu ihrer Herstellung

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050112798A1 (en) * 2002-06-19 2005-05-26 Sten Bjorbell Electronics circuit manufacture
DE102020126647A1 (de) * 2019-10-25 2021-04-29 Infineon Technologies Ag Leistungselektronikeinheit und Verfahren zu ihrer Herstellung

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