ES2223424T3 - Modulo electronico y procedimiento de fabricacion de tal modulo. - Google Patents

Abstract

Módulo electrónico que comprende un substrato metálico (10) una cara del cual está aislada y lleva unas pistas de unión eléctrica (16) y comprendiendo al menos un componente de potencia (18) fijado al substrato (10) y teniendo unas patas de unión (20) soldadas a las pistas, caracterizado porque el componente de potencia está fijado sobre la cara no aislada y colocado en una caja (22) que constituye una pared interna de un circuito de fluido de enfriamiento o pegado a ella y cuyas patas atraviesan el substrato por unos agujeros (30) de este último.

Description

Módulo electrónico y procedimiento de fabricación de tal módulo.

La presente invención se refiere a módulos electrónicos que comprenden un substrato y al menos un componente electrónico de potencia exigiendo un enfriamiento. Tiene una aplicación particularmente importante, aunque no exclusiva, en el campo de la electrónica automóvil en la cual ciertos sistemas incorporan componentes de potencia, tales como bobinas o condensadores, que disipan una energía térmica importante en funcionamiento y están situados en una ambiente de temperatura elevada.

La solicitud de Patente Europea EP-A-0197817 y la publicación IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN, US, IBM CORP. NEW YORK, vol.34, no 12, 1 mayo 1992, páginas 387-388, XP000308563, muestran unos módulos electrónicos exigiendo un enfriamiento.

La invención se refiere particularmente a módulos comprendiendo un substrato metálico una cara del cual está aislada y lleva pistas de unión eléctrica y comprendiendo al menos un componente de potencia fijado al substrato y que tiene patas de unión soldadas a las pistas. Se utilizan ahora tales substratos cuya cara está aislada por formación de una capa aislante, por ejemplo por oxidación, nitruración o anodización. Hasta ahora, se montan generalmente los componentes sobre la cara aislada del substrato, lo que no plantea ningún problema para los componentes delgados de poca disipación de calor. En cambio el montaje de componentes de potencia sobre esta cara, opuesta a la cara no aislada contra la cual se hace circular un fluido de enfriamiento, aumenta notablemente el volumen del módulo.

La presente invención tiende especialmente a proporcionar un módulo electrónico de potencia enfriado presentando un volumen reducido. Propone a tal efecto un módulo cuyo componente de potencia está fijado sobre la cara no aislada y está situado en una caja constituyendo una pared interna de un circuito de fluido de enfriamiento o pegado a tal pared y cuyas patas atraviesan el substrato por unos agujeros de este último.

En regla general, el componente de potencia será envuelto en una resina, permitiendo la evacuación de calor hacia la caja, que podrá ser eléctricamente aislante. Cuando la caja está pegada a la pared interna del circuito de enfriamiento, se utilizara en general una resina de misma naturaleza para esta encoladura.

Las patas de unión pueden ser aisladas, de manera a simplificar el paso del substrato. Sin embargo es igualmente posible utilizar unas patas de metal desnudo, a condición que la pared de los agujeros esté aislada (por ejemplo por oxidación) o que un ojete aislante esté interpuesto entre cada pata y la pared del agujero correspondiente.

La invención propone igualmente un procedimiento de fabricación de un módulo electrónico, según el cual se realiza un substrato metálico una cara del cual está aislada y lleva unas pistas de unión eléctrica, perforado de agujeros de paso, se monta un componente de potencia sobre la pared no aislada del substrato haciendo pasar las patas de unión del componente a través de los agujeros del substrato y se sueldan las patas contra zonas de las pistas situadas a proximidad de los agujeros.

Para facilitar el montaje del componente de potencia y la fijación de las patas, estas patas están ventajosamente preformadas antes del montaje del componente y los agujeros tienen una dimensión suficiente para dejar pasar las patas acodadas. Se puede en particular constituir unos agujeros teniendo una parte ancha destinada a dejar pasar a una pata y una parte estrecha en la cual se trae la pata por desplazamiento transversal del componente antes de la soldadura de las patas. El componente puede estar provisto de un peón previsto para introducirse en un agujero oblongo del substrato y engatillarse cuando el componente esté en su posición definitiva de manera a retenerlo provisionalmente hasta una soldadura, efectuada por ejemplo por refusión.

Las características arriba mencionadas de la invención así como otras aparecerán mejor con la lectura de la descripción a continuación de un modo particular de realización, dado a título de ejemplo no limitativo.

- La figura 1 es una representación simplificada, en sección, de una fracción de un módulo según la invención, la escala no está respetada por mayor claridad;

- la figura 2 es una vista desde arriba que muestra una forma posible de las patas de un componente de potencia y unos agujeros practicados en el substrato;

- la figura 3 muestra una forma posible de ojetes de aislamiento de una pata.

El módulo una fracción del cual está mostrado a la figura 2 comprende un substrato metálico 10, por ejemplo de aluminio, constituido por una placa una cara de la cual está recubierta por una capa aislante. Esta capa está por ejemplo constituida por una oxidación superficial que puede obtenerse por tratamiento de anodización. Esta capa 12 puede tener un espesor limitado a algunas decenas de micrones. La figura muestra un componente electrónico 14 montado sobre la cara aislada del substrato 10 de manera clásica. La capa aislante 12 lleva unas pistas metalizadas 16 constituyendo unas uniones equipotenciales a las cuales están empalmados por soldadura los diferentes componentes llevados por el substrato.

Además de los componentes que solo vehiculan señales de baja potencia, el módulo lleva uno o varios componentes de potencia 18 tales como por ejemplo bobinas de "self inductance", condensadores, etc. El componente 18 representado es por ejemplo una bobina comprendiendo dos patas de unión 20. La bobina está sumergida en una envoltura de resina, por ejemplo de araldita que puede contener unas cargas destinadas a aumentar su conductividad térmica. Esta bobina está contenida en una caja 22 cuya cara exterior al menos presenta un buen estado de superficie, de manera a facilitar las transferencias térmicas con la pared interna 24 de una caja de agua 26 destinada a asegurar el enfriamiento de los componentes de potencia. Una resina de envoltura 28, presentando igualmente unas cargas de manera a ser conductora del calor, solidariza la caja a la pared interna 24 de la caja de agua. La caja de agua 26 está cerrada por una tapa 27, por ejemplo soldada y comprende unos racores tales como 29.

Las patas 20 de unión del componente 18 atraviesan unos agujeros 30 del substrato 10. Estas patas pueden ser de cobre esmaltado, lo que evita prever una capa de aislamiento sobre la pared de los agujeros. Las patas 20 están acodadas de manera que su parte terminal pueda aplicarse de plano contra unas zonas de soldadura previstas sobre las pistas 16.

Para facilitar este montaje, las patas están ventajosamente preformadas y acodadas todas en el mismo sentido, como indicado a la figura 1. Para permitir el montaje de los componentes, los agujeros 30 presentan entonces una forma en L, como indicado a la figura 2. Para aumentar la superficie de unión entre las pistas 16 y las patas 20, la parte terminal de estas últimas podrá ser aplastada y ensanchada, como indicado a la figura 2.

Para mantener de manera provisional los componentes 18 hasta soldadura, una solución consiste a proveerlos cada uno de uno o varios tetones o peones 32 que se introducen en los agujeros 34 del substrato 10. Cada agujero puede presentar un estrechamiento 36 que constituye un órgano de engatillado del tetón. Así las patas del componente montado están mantenidas aplicadas contra las zonas de unión, generalmente revestidas de materiales de soldadura para permitir realizar de manera clásica las soldaduras por refusión.

En la variante de realización mostrada a la figura 3 unos ojetes 38, de material aislante están interpuestos entre las patas 20 y la pared de los agujeros 30, lo que permite utilizar unas patas no aisladas.

La invención permite montar, sobre unos substratos de aluminio de algunos milímetros de espesor, unos componentes de potencia teniendo una dimensión en plano de varias decenas de milímetros y un espesor rebasando ella también 10 mm, que representan pues un volumen notable y se añaden al de la caja de agua cuando están sobresaliendo sobre la cara aislada. Se ha en particular utilizado el montaje descrito para constituir unos módulos teniendo unos componentes tales como bobinas que, durante el funcionamiento, producen una potencia de una decena de vatios.

Claims (10)

1. Módulo electrónico que comprende un substrato metálico (10) una cara del cual está aislada y lleva unas pistas de unión eléctrica (16) y comprendiendo al menos un componente de potencia (18) fijado al substrato (10) y teniendo unas patas de unión (20) soldadas a las pistas, caracterizado porque el componente de potencia está fijado sobre la cara no aislada y colocado en una caja (22) que constituye una pared interna de un circuito de fluido de enfriamiento o pegado a ella y cuyas patas atraviesan el substrato por unos agujeros (30) de este último.

2. Módulo según la reivindicación 1, caracterizado porque el componente de potencia está envuelto en una resina que permite el escape de calor hacia la caja.

3. Módulo según la reivindicación 2, caracterizado porque la resina es eléctricamente aislante.

4. Módulo según la reivindicación 3, caracterizado porque la caja está pegada a la pared interna del circuito de enfriamiento y la resina de pegado es de misma naturaleza que la resina de revestimiento.

5. Módulo según la reivindicación 1, caracterizado porque las patas de unión (20) están aisladas.

6. Módulo según la reivindicación 1, caracterizado porque la pared de los agujeros está aislada o un ojete aislante (38) está interpuesto entre cada pata y la pared del agujero correspondiente.

7. Procedimiento de fabricación de un módulo electrónico, según el cual se realiza un substrato metálico una cara del cual está aislada y lleva unas pistas de unión eléctrica (16), perforado de agujeros de paso (30), se monta un componente de potencia sobre la pared no aislada del substrato y en una caja (22) constituyendo una pared interna de un circuito de fluido de enfriamiento haciendo pasar las patas de unión del componente a través de los agujeros del substrato y se sueldan las patas contra unas zonas de las pistas (16), colocadas a proximidad de los agujeros.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, según el cual se preforman las patas antes del montaje del componente y se dan a los agujeros una dimensión suficiente para dejar paso a las patas acodadas.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, según el cual se constituye unos agujeros que tienen una parte ancha destinada a dejar paso a una pata y una parte estrecha en la cual se trae la pata por desplazamiento transversal del componente antes de la soldadura de las patas.

10. Procedimiento según la reivindicación 8 ó 9, según el cual se provee el componente de al menos un peón (32) previsto para introducirse en un agujero oblongo del substrato donde se engatillará cuando el componente esté en su posición definitiva de manera a retenerlo provisionalmente hasta soldadura, efectuada por ejemplo por refusión.