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.
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.
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.
Applications Claiming Priority (2)
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