ES2265328T3 - Modulo electronico de componentes de potencia y procedimiento de fabricacion. - Google Patents

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Abstract

Modulo electrónico de potencia que comprende un substrato metálico (10), una tarjeta de circuito impreso (12) llevada sobre una de las caras del substrato y de los componentes (14), algunos de los cuales al menos son de potencia, montados sobre la tarjeta que lleva igualmente unos medios (16) de interconexión eléctrica de los componentes entre ellos y con una alimentación exterior, caracterizado porque los medios de interconexión comprenden unos puentes de material conductor (20) de forma que les permite pasar por encima cada uno de los componentes de potencia, uniendo entre ellos trozos cortos (18) de pistas de interconexión vehículando las corrientes de potencia.

Description

Módulo electrónico de componentes de potencia y procedimiento de fabricación.
La presente invención tiene por objeto un módulo electrónico de potencia comprendiendo un substrato metálico, una tarjeta de circuito impreso llevada en una de las caras del substrato y de los componentes, ciertos de los cuales al menos de potencia, están montados sobre la tarjeta que lleva igualmente unos medios de interconexión eléctrica de los componentes entre ellos y con una alimentación exterior. La invención encuentra una aplicación importante, aunque no exclusiva, en el campo de la electrónica automóvil de la cual ciertos sistemas incorporan unos componentes activos, tales como unos transistores de conmutación y eventualmente pasivos, tales como condensadores o bobinas, que vehiculan unas corrientes elevadas en funcionamiento.
La utilización de pistas impresas sobre la tarjeta provoca unas pérdidas óhmicas importantes debido a la sección recta relativamente débil de las pistas y por consiguiente de su resistencia eléctrica elevada. Para limitar las pérdidas, se ha provisto la tarjeta de ciertos módulos actuales de un circuito formado de barras añadidas sobre la tarjeta. Esta constitución, llamada de barra/bus, presenta unos inconvenientes notables. La concepción del trazado necesita un estudio particular para cada nuevo tipo de módulo. La colocación necesita una planeidad elevada, difícil de realizar. Las barras representan un volumen cobre importante.
Tal tarjeta es, por ejemplo, conocida de DE-A-4425803. La utilización de puentes conductores para realizar una unión eléctrica fiable entre los campos determinados de una red conductora llevada por un substrato aislante es, por otra parte, conocido de DE-A-3826999.
Los puentes tienen ventajosamente forma de grapas cuyo mayor número o totalidad tienen las mismas dimensiones y cuya longitud y altura son suficientes para pasar por encima de cada uno de un componente de potencia o al menos cada uno de los componentes de potencia activos que tienen habitualmente unos tamaños idénticos o comparables. Así la mayor parte o todos los puentes pueden ser idénticos y de tamaño apenas superior al de los componentes, lo que permite manipularlos como componentes y en particular de colocarlos mediante máquinas automáticas después de montaje de los componentes.
Las extremidades de los puentes serán generalmente soldadas sobre los trozos por el mismo procedimiento que el utilizado para los componentes, por ejemplo por refusión de zonas de soldadura estaño-plomo cuando los puentes son de cobre, eventualmente estañado.
Para reducir las pérdidas óhmicas y el calentamiento, se puede dar a los trozos cortos una sección recta superior a la de pistas equipotenciales de mando igualmente impresas sobre la tarjeta. La longitud de los trozos será siempre inferior a la de los puentes.
El circuito impreso puede ser simple capa o multicapas. Una de sus caras, aislante, está pegada sobre el substrato. Este último será generalmente llevado por una pared enfriada o contendrá un circuito de fluido de enfriamiento; sobre todo si el módulo está colocado en un ambiente a temperatura elevada, por ejemplo debajo de la capota de un vehículo automóvil en
funcionamiento.
La invención propone igualmente un procedimiento de fabricación de un módulo según el cual:
- se fija una tarjeta de circuito impresa llevando pistas equipotenciales y trozos de pista conductores de sección superior a la de las pistas equipotenciales sobre una cara de un substrato metálico (10),
- se colocan unas zonas de soldadura o de soldadura amarilla en unos emplazamientos de las pistas destinados a unirse a los componentes y a puentes de metal conductor,
- se colocan los componentes de manera que estén aguantado por la soldadura,
- se colocan los puentes en unos emplazamientos de manera que sus extremidades se aplican sobre unas zonas de soldadura o de soldadura amarilla y que los puentes unen dichos trozos entre ellos, y
- se fijan definitivamente los componentes y los puentes, generalmente por refusión.
Las características arriba así como otras aparecerán mejor a la lectura de la descripción que sigue de un modo particular de realización, dado a título de ejemplo no limitativo. La descripción se refiere al dibujo que la acompaña, en el cual:
- la figura 1 es un esquema en perspectiva de una fracción de un módulo según la invención, no estando la escala respetada para más claridad; y
- la figura 2 es una vista de detalle en sección perpendicular al plano del substrato.
El módulo representado comprende un substrato 10 de metal buen conductor de calor, por ejemplo de aluminio puro o aliado, llevando una tarjeta de circuito impreso 12. El substrato tiene un espesor que puede ir de algunos milímetros a algunos centímetros, según está enfriado sobre la cara opuesta al circuito impreso (por ejemplo dado que está llevado por una pared de enfriamiento) o que contiene un circuito de enfriamiento.
En las tarjetas de circuito impreso 12 están soldados unos componentes de potencia 14, tales como transistores de conmutación de los cuales dos solamente están representados, y eventualmente unos componentes activos de mando (no representados) que solo están atravesados por corrientes de mando débiles. Los componentes activos de mando reciben y emiten unas señales que están transmitidas por unas pistas de unión equipotencial 16 pudiendo ser pistas impresas realizadas de manera clásica, por ejemplo por serigrafía. Tales señales de mando están igualmente transmitidas entre los componentes de potencia 14 por una parte, el exterior y los componentes de mando por otra parte.
Los medios de interconexión que vehículan unas corrientes de potencia comprenden unos trozos 18 de pista conductora tan corto como posible, unidos entre ellos por unos puentes de metal conductor 20. Los trozos 18, de cobre, tienen ventajosamente una sección más importante que las pistas equipotenciales. En el caso ilustrado a la figura, son más anchas. Pueden ser igualmente más espesas. Los puentes 20 serán generalmente de cobre, estañado o no, y su tamaño se elegirá de manera que puedan pasar por encima de los componentes de potencia y sus patas de empalme 22 de metal. Ciertas de estas patas están fijadas por soldadura sobre los trozos 18 y otros sobre zonas de soldadura o soldadura amarilla previstas sobre las pistas equipotenciales.
Los puentes estarán colocados de manera que los intervalos entre ellos estén tan reducidos como posibles. En el caso ilustrado, los puentes están menos anchos que los componentes activos de potencia, pero esta condición no es obligatoria. Prácticamente los puentes serán generalmente constituidos por un fragmento de fleje de cobre teniendo 1 mm de espesor, fácil de acodar en forma de grapa de altura ligeramente superior a la de los componentes a pasar por encima.
Será generalmente posible utilizar un solo tipo de puente sobre un circuito dado lo que evita errores. La dimensión de los puentes es del mimo orden de tamaño que la de los componentes de potencia, lo que facilita la puesta en colocación sobre la misma máquina automática que la que está utilizada para los componentes.
El módulo comprende también uno o unos conectores 24 de unión con el exterior, que pueden ser de constitución clásica y estar soldados sobre los trozos.
Un módulo del tipo que se acaba de describir es especialmente utilizable en un sistema de mando electromagnético de válvulas, que comprende varios brazos teniendo la misma constitución y por consiguiente teniendo unos componentes de potencia idénticos, lo que reduce el número de componentes diferentes a ensamblar.
La fabricación en serie de módulo empieza por la realización de las tarjetas de circuitos impresos 12 llevando unas pistas equipotenciales y trozos de pista conductoras, de sección superior a la de las pistas equipotenciales, y su fijación por encoladura mediante una cola conductora del calor sobre una cara de un substrato metálico 10. Los emplazamientos destinados a ser unidos y fijados a patas o contactos de los componentes y a las extremidades de los puentes están revestidos de soldadura o de pasta a soldar, por ejemplo en estaño-cobre o en cobre pasivazo.
El montaje de los componentes y de los puentes solo exige operaciones ahora bien dominadas y generalmente puestas en obras sobre máquinas automáticas. Se colocan primero los componentes que están mantenidos por adhesión con la pasta a soldar cuando está utilizada. Se colocan después los puentes en unos emplazamientos de manera que sus extremidades se aplican sobre los depósitos de pasta de soldadura y unen los trozos entre ellos. Finalmente se fijan definitivamente los componentes y los puentes por refusión, por ejemplo por paso en un horno en atmósfera de aire o de nitrógeno.

Claims (7)

1. Módulo electrónico de potencia que comprende un substrato metálico (10), una tarjeta de circuito impreso (12) llevada sobre una de las caras del substrato y de los componentes (14), algunos de los cuales al menos son de potencia, montados sobre la tarjeta que lleva igualmente unos medios (16) de interconexión eléctrica de los componentes entre ellos y con una alimentación exterior, caracterizado porque los medios de interconexión comprenden unos puentes de material conductor (20) de forma que les permite pasar por encima cada uno de los componentes de potencia, uniendo entre ellos trozos cortos (18) de pistas de
interconexión vehículando las corrientes de potencia.
2. Módulo según la reivindicación 1, caracterizado porque los puentes están en forma de grapas cuyo mayor número o la totalidad tienen las mismas dimensiones y cuya longitud y altura son suficientes para pasar encima de cada uno de un componente de potencia.
3. Módulo según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque dichos trozos cortos (18) tienen una sección recta superior a la de pistas equipotenciales de mando igualmente impresas sobre la tarjeta.
4. Módulo según la reivindicación 1, 2 o 3, caracterizado porque dichos puentes tienen sus extremidades soldadas sobre dichos trozos.
5. Módulo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el circuito impreso (12) es simple capa o multicapas teniendo una cara aislante pegada sobre el sustrato (10).
6. Módulo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dicho substrato está llevado por una pared enfriada o contiene un circuito de fluido de enfriamiento.
7. Procedimiento de fabricación de un módulo según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 4, caracterizado porque comprende las etapas siguientes:
- se fija una tarjeta de circuito impresa (12) llevando pistas equipotenciales y trozos (18) de pistas conductoras de sección recta superior a la de las pistas equipotenciales sobre una cara de un substrato metálico (10),
- se colocan unas zonas de soldadura o de soldadura amarilla en unos emplazamientos de los trozos destinados a unirse a los componentes y a puentes de metal conductor,
- se colocan los componentes (14) de manera que están mantenidos por la soldadura,
- se colocan los puentes (20) en unos emplazamientos de tal manera que las extremidades se aplican sobre zonas y que unen dichos trozos entre ellos, y
- se fija definitivamente los componentes y los puentes por refusión.
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