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FR3118392A1 - Procede de fabrication d’un module de puissance surmoule - Google Patents

Procede de fabrication d’un module de puissance surmoule Download PDF

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FR3118392A1
FR3118392A1 FR2013913A FR2013913A FR3118392A1 FR 3118392 A1 FR3118392 A1 FR 3118392A1 FR 2013913 A FR2013913 A FR 2013913A FR 2013913 A FR2013913 A FR 2013913A FR 3118392 A1 FR3118392 A1 FR 3118392A1
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FR
France
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electrical connection
electrically insulating
upper face
cavity
manufacturing
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FR2013913A
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English (en)
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FR3118392B1 (fr
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Virginie Vercambre
Jean Luc HOUARD
Benoit Verger
Mohammed KRIKEB
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Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
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Abstract

L’invention concerne un procédé de fabrication (2000) d’un module de puissance, comportant : l’obtention (E2100) d’au moins une première et une deuxième pièces de connexion électrique présentant chacune une plaque principale ;le montage (E2200) d’au moins un composant électronique sur une face supérieure de la plaque principale de la première pièce de connexion électrique ; le montage (E2300) d’au moins un élément de liaison électrique connectant électriquement ledit au moins un composant électronique à la face supérieure de la plaque principale de la deuxième pièce de connexion électrique ; la réalisation (E2400) avec un matériau isolant électrique, par exemple de la résine, d’un surmoulage scellant hermétiquement ledit au moins un composant électronique, ledit au moins un élément de liaison électrique et au moins une partie des faces supérieures des plaques principales de la première et de la deuxième pièce de connexion électrique ; caractérisé en ce que ledit procédé de fabrication comprend en outre la découpe (E2800) par ablation laser d’une cavité dans la face supérieure du surmoulage isolant électrique de sorte qu’au moins une partie dudit au moins un élément de liaison électrique soit située dans ladite cavité. Figure pour l’abrégé : Fig. 7

Description

PROCEDE DE FABRICATION D’UN MODULE DE PUISSANCE SURMOULE
La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un module de puissance surmoulé.
Un module de puissance est un module électronique, contenant le plus souvent des puces semi-conductrices (par exemple des transistors dit de puissance), conçu pour réaliser des circuits de conversion d'énergie, comme ceux par exemple d’une cellule de commutation, d'un onduleur ou encore d’un pont redresseur.
La demande de brevet FR2004620 décrit un module de puissance comprenant :
  • une première et une deuxième pièces de connexion électrique, de préférence en métal, présentant chacune une plaque principale,
  • un composant électrique monté sur une face supérieure de la plaque principale de la première pièce de connexion électrique ;
  • un élément de liaison électrique connectant électriquement le composant électrique à la face supérieure de la plaque principale de la deuxième pièce de connexion électrique ; et
  • un surmoulage isolant électrique, par exemple en résine, recouvrant le composant électrique, au moins une partie de la face supérieure de la plaque principale de la première et de la deuxième pièces de connexion électrique.
Ce module de puissance est en outre remarquable en ce que la face supérieure du surmoulage isolant électrique présente une cavité, en ce qu’une partie de l’élément de liaison électrique est située dans la cavité et en ce que le surmoulage isolant électrique recouvre le reste de l’élément de liaison électrique.
Toutefois, la réalisation d’un tel module de puissance par un procédé de moulage, par exemple par un procédé de moulage par transfert, est difficile à mettre en œuvre de par la forme du moule requise pour prendre en compte la présence d’une partie de l’élément de liaison électrique dans la cavité située sur la face supérieure du surmoulage isolant électrique.
En outre, l’élément de liaison électrique risque d’être endommagé par le moule lors de l’opération de surmoulage.
L’invention a pour but de pallier au moins en partie le problème précité.
Il est donc proposé un procédé fabrication d’un module de puissance, comportant :
  • l’obtention d’au moins une première et une deuxième pièces de connexion électrique présentant chacune une plaque principale ;
  • le montage d’au moins un composant électronique sur une face supérieure de la plaque principale de la première pièce de connexion électrique ;
  • le montage d’au moins un élément de liaison électrique connectant électriquement ledit au moins un composant électronique à la face supérieure de la plaque principale de la deuxième pièce de connexion électrique ;
  • la réalisation avec un matériau isolant électrique, par exemple de la résine, d’un surmoulage scellant hermétiquement ledit au moins un composant électronique, ledit au moins un élément de liaison électrique et au moins une partie des faces supérieures des plaques principales de la première et de la deuxième pièce de connexion électrique ;
caractérisé en ce que ledit procédé de fabrication comprend en outre la découpe par ablation laser d’une cavité dans la face supérieure du surmoulage isolant électrique de sorte qu’au moins une partie de l’au moins un élément de liaison électrique soit située dans ladite cavité.
Ainsi la face de la plaque principale de la première pièce de connexion électrique sur laquelle est montée le composant électronique définit une direction verticale H-B, « H » représentant le haut et « B » représentant le bas.
L’ablation laser consiste à diriger un faisceau laser sur la face supérieure du surmoulage isolant électrique de sorte que l’interaction entre le faisceau laser et le surmoulage isolant électrique entraîne localement le délitement dudit surmoulage.
En d’autres termes, l’interaction entre le faisceau laser et le surmoulage isolant électrique entraine l’arrachage de particules issues du surmoulage isolant électrique.
De façon avantageuse et grâce au procédé de fabrication selon l’invention, la cavité est réalisée après l’étape de surmoulage de sorte que la réalisation du moule sans trouve simplifié et le risque d’endommagement de l’élément de liaison électrique par le moule écarté.
Le procédé de fabrication selon l’invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou bien selon n’importe quelle combinaison techniquement possible.
De façon optionnelle, les plaques principales sont des plaques métalliques, par exemple en cuivre, en aluminium ou en cuivre.
De façon optionnelle, la face supérieure du surmoulage isolant électrique est sensiblement plane.
De façon optionnelle, plus de 60%, de préférence plus de 80% de la face supérieure du surmoulage isolant électrique est sensiblement plane.
De façon optionnelle également, la première pièce de connexion électrique est une barre omnibus destinée à être connectée à un potentiel haut d’une alimentation électrique (par exemple une batterie).
De façon optionnelle également, la deuxième pièce de connexion électrique est une barre omnibus de phase destinée à être connectée à une phase d’une machine électrique tournante.
De façon optionnelle également, le composant électronique est une puces semi-conductrice, par exemple un transistor de type FET (de l’anglais « Field-Effect Transistor ») ou un transistor bipolaire à grille isolée, généralement désignés par l’acronyme IGBT (de l’anglais « Insulated Gate Bipolar Transistor ») ou bien encore des transistors à haute mobilité électronique désignés par l’acronyme HEMT (de l’anglais « high-electron-mobility transistor »).
Par exemple, les transistors de type FET sont des MOSFET en silicium (Si-MOSFET) ou en carbure de silicium (SiC-MOSFET) ou sont des transistors FET en nitrure de gallium (GaN-FET).
Par exemple encore, les transistors de type HEMT sont des transistors HEMT en nitrure de gallium (GaN-HEMT).
De façon optionnelle également, l’élément de liaison électrique comprend un ou plusieurs rubans et/ou un ou plusieurs fils et/ou un ou plusieurs fusibles, chacun des rubans et/ou chacun des fils et/ou chacun des fusibles connectant électriquement le composant électrique et la face supérieure de la plaque principale de la deuxième pièce de connexion électrique.
De façon optionnelle également, les rubans sont en aluminium.
De façon optionnelle également, le montage du composant électronique sur une face supérieure de la plaque principale de la première pièce de connexion électrique comprend la connexion électrique de ce composant électronique à la face supérieure de la plaque principale de la première pièce de connexion électrique.
De façon optionnelle également, le composant électronique à la forme d’une plaque, par exemple sensiblement rectangulaire, présentant une face supérieure et une face inférieure.
De façon optionnelle également, le composant électronique présente une face inférieure plaquée et connectée électriquement à la face supérieure de la plaque principale de la première pièce de connexion électrique.
De façon optionnelle également, l’élément de liaison électrique connecte électriquement la la face supérieure du composant électronique à la face supérieure de la plaque principale de la deuxième pièce de connexion électrique.
De façon optionnelle également, l’obtention de l’au moins une première pièce et de l’au moins une deuxième pièce de connexion électrique comprend :
  • l’obtention d’une plaque conductrice, de préférence en métal, s’étendant selon un plan principal ; et
  • la découpe, dans la plaque conductrice, d’une part, d’une pièce de cadre et de ladite au moins une première et une deuxième pièces de connexion électrique, les plaques principales s’étendant selon le plan principal de manière à être sensiblement coplanaires, et, d’autre part, de pattes d’attache de chaque plaque principale avec au moins une de la ou des autres pièces ;
et le procédé de fabrication comprend en outre la coupe des pattes d’attache pour séparer chaque pièce de connexion électrique de la ou des autres pièces, ladite coupe étant effectuée après la réalisation dudit surmoulage.
De façon optionnelle également, le surmoulage isolant électrique est réalisé de manière à ce que le surmoulage isolant électrique présente une épaisseur moindre au moins partiellement au-dessus de l’élément de liaison électrique.
De façon optionnelle également, le surmoulage isolant électrique est réalisé de manière à ce que sa face supérieure présente une cavité secondaire et en ce que la cavité découpée par ablation laser est réalisée dans le fond de ladite cavité secondaire.
De façon optionnelle également, plusieurs couches successives du surmoulage isolant électrique sont enlevées par ablation laser pour réaliser ladite cavité.
De façon optionnelle également, le procédé de fabrication comprend en outre l’aspiration des résidus d’ablation issues du délitement du surmoulage lors de l’ablation laser.
De façon optionnelle également, le procédé de fabrication comprend en outre le soufflage d’un flux d’air sur la zone du surmoulage isolant électrique en cours d’ablation.
De façon optionnelle également, le procédé de fabrication comprend en outre le soufflage d’un flux d’air sur la zone du surmoulage isolant électrique en cours d’ablation afin de faciliter l’expulsion des résidus d’ablation du fond de la cavité en cours de réalisation
De façon optionnelle également, l’ablation laser est réalisée au moyen d’un laser pulsé, par exemple avec des impulsions de l'ordre de la nanoseconde, ou d’un laser à onde continue ou encore d’un laser à gaz, par exemple d’un laser CO2.
De façon optionnelle également, la longueur d'onde du laser utilisée est dans le domaine infrarouge ou ultraviolet ou visible.
De façon optionnelle également, le procédé de fabrication comprend en outre le remplissage de ladite cavité par un gel ou une résine présentant une dureté moindre que celle du surmoulage isolant électrique.
L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
la illustre les étapes successives d’un procédé 1000 de fabrication d’un module de puissance selon un premier mode de réalisation de l’invention.
la illustre les étapes successives d’un procédé 1000 de fabrication d’un module de puissance réalisé selon un premier mode de réalisation de l’invention avant l’étape de découpe par ablation laser.
la illustre l’étape de découpe par ablation laser d’une cavité dans la face supérieure du surmoulage isolant électrique d’un module de puissance réalisé selon un premier mode de réalisation de l’invention.
la est une vue en trois dimensions de dessus d’un module de puissance 110, sans surmoulage, et obtenu par un procédé 2000 de fabrication selon un deuxième mode de réalisation de l’invention,
la est une vue similaire à celle de la , avec surmoulage,
la est une vue en trois dimensions de dessous du module de puissance des figures 4 et 5, avec surmoulage,
la illustre les étapes successives d’un procédé 2000 de fabrication d’un module de puissance 110 selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.
la est une vue d’une pièce conductrice découpée résultant de l’étape E2120 du procédé 2000 de fabrication d’un module de puissance selon le deuxième mode de réalisation de l’invention.
la est une vue en trois dimensions de dessus d’un premier module de puissance obtenu à l’issue de l’étape E2700 par un procédé 2000 de fabrication selon le deuxième mode de réalisation de l’invention.
la est une vue en trois dimensions de dessus d’une variante d’un module de puissance obtenue à l’issue de l’étape E2700 par un procédé 2000 de fabrication selon le deuxième mode de réalisation de l’invention,
En référence aux figures 1 à 3, un procédé 1000 de fabrication d’un module de puissance selon un premier mode de réalisation de l’invention va maintenant être présenté.
Les a – 2 d illustrent successivement les étapes E10-E40.
Lors d’une première étape E10, une première 361et une deuxième pièces 362de connexion électrique présentant chacune une plaque principale 61et 62sont obtenues, par exemple par découpe dans une plaque métallique.
Dans l’exemple décrit ici, la plaque métallique est en cuivre. En variante, la plaque métallique pourrait être en aluminium ou encore en or.
Lors d’une seconde étape E20, un composant électronique 12 est monté sur la face supérieure de la plaque principale 61de la première pièce 361de connexion électrique.
Ainsi la face de la plaque principale 61sur laquelle est montée le composant électronique 12 définit une direction verticale H-B, « H » représentant le haut et « B » représentant le bas.
Lors d’une troisième étape E30, un élément de liaison électrique 321est monté de sorte à connecter électriquement le composant électronique 12 à la face supérieure de la plaque principale 62 de la deuxième pièce 362de connexion électrique.
Le composant électrique 12 peut être par exemple un transistor présentant une face inférieure et une face supérieure. Un tel transistor est monté sur la face supérieure de la plaque principale de la première pièce 361de connexion électrique en soudant, par exemple par brasure, la face inférieure du transistor sur la face supérieure de la plaque principale de la première pièce 361de connexion électrique. La face supérieure du transistor 12 est en outre connecté électriquement à la face supérieure de la plaque principale de la deuxième pièce 362de connexion électrique. De par sa soudure sur la face supérieure de la plaque principale de la première pièce 361de connexion électrique, la face inférieure du transistor est connectée électriquement à la face supérieure de la plaque principale de la première pièce 361de connexion électrique.
L’élément de liaison électrique 321peut par exemple comporter un ou plusieurs rubans. Les rubans 321sont en aluminium et présente par exemple des dimensions de 2mmx0.3mm. Dans une variante de réalisation, les rubans 321sont en or.
Lors d’une quatrième étape E40, un surmoulage 40 par un matériau isolant électrique du composant électronique 12, de l’élément de liaison électrique 321et d’au moins une partie des faces supérieures des plaques principales de la première et de la deuxième pièce de connexion électrique est réalisé. Pour ce faire, le composant électronique 12, l’élément de liaison électrique 321et au moins une partie des faces supérieures des plaques principales de la première et de la deuxième pièce de connexion électrique sont placés à l’intérieur d’un moule comportant une partie inférieure 41 et une partie supérieure 42. Puis, le matériau isolant électrique est injecté sous une forme liquide dans la cavité à travers un ou des orifices (non représentés) afin de remplir l’intérieur du moule. Enfin, lorsque le matériau isolant électrique s’est solidifié, les deux parties du moule sont enlevées.
Le matériau isolant électrique peut par exemple être de la résine, par exemple de la résine époxy.
Lors d’une cinquième étape E50 (illustrée ), une cavité C dans la face supérieure du surmoulage isolant électrique 40 est découpée par ablation laser de sorte qu’au moins une partie de l’élément de liaison électrique soit située dans cette cavité.
En d’autres termes, la partie supérieure de l’élément de liaison électrique 321se trouve dans la cavité C et n’est plus recouvert de résine après l’achèvement de la cinquième étape E50.
Le dispositif d'ablation comporte un support 1 sur lequel est monté au moins une tête laser 2 et une cellule de déflection conçue pour recevoir le faisceau laser 4 émis par la tête laser 2 et pour le défléchir en un ou plusieurs faisceaux laser 5 animés d’un mouvement de balayage afin de focaliser le ou les faisceaux laser 5 sur la face supérieure du surmoulage isolant électrique 40 à ablater.
La cavité C est ainsi réalisée dans la face supérieure du surmoulage isolant électrique 40 en retirant successivement une ou plusieurs couches du surmoulage isolant électrique 40. En d’autres termes, une ou plusieurs couches successives du surmoulage isolant électrique sont enlevées par ablation laser pour réaliser ladite cavité. Par exemple, l’épaisseur des couches successivement enlevé par ablation est inférieure à 100 µm.
L’ablation laser peut être réalisée au moyen d’un laser pulsé ou d’un laser à onde continue ou encore d’un laser à gaz, par exemple d’un laser CO2.
Dans l’exemple décrit ici, l’ablation laser est réalisé au moyen d’un laser pulsé, par exemple avec des impulsions de l'ordre de la nanoseconde.
D’une manière générale, la longueur d'onde du laser utilisée peut être choisie dans les domaines infrarouges, ultraviolet ou visible en fonction de la nature du surmoulage isolant électrique et de la nature de l’élément de liaison électrique.
Dans l’exemple décrit ici, la longueur d'onde est située dans le domaine infrarouge.
Ainsi, l’utilisation d’un laser pulsé dont la longueur d'onde est située dans le domaine infrarouge et avec des impulsions de l'ordre de la nanoseconde permet de réaliser la cavité C sans endommager les rubans en aluminium 321(l’épaisseur desdits rubans restant sensiblement égale à quelque µm près avant et après l’ablation laser).
En outre, le dispositif d'ablation peut de façon optionnelle comprendre un dispositif d’aspiration 6, par exemple par création d’un flux d’air F1, des résidus d’ablation 7 issues du délitement du surmoulage lors de l’ablation laser afin de faciliter la récupération de ces résidus d’ablation, par exemple lorsque ceux-ci présentent un risque pour la santé humaine.
De même, de façon optionnelle, le dispositif d’ablation peut comporter un dispositif de soufflage 8 d’un flux d’air F2 sur la zone du surmoulage isolant électrique en cours d’ablation afin de faciliter l’expulsion des résidus d’ablation du fond de la cavité C en cours de réalisation.
En référence aux figures 4 à 9, un module de puissance 110 obtenu par un procédé 2000 de fabrication selon un deuxième mode de réalisation de l’invention va maintenant être décrit.
En référence à la , le module de puissance 110 comporte plusieurs pièces de connexion électrique de préférence en métal.
Chaque pièce de connexion électrique 304, 3041, 3042, 3043, 3044, 3045présente une plaque principale 306, 3061, 3062, 3063, 3064, 3055s’étendant selon un plan principal PP horizontal, le même pour toutes les plaques principales 306, 3061, 3062, 3063, 3064, 3065de manière à ce que les plaques principales 306, 3061, 3062, 3063, 3064, 3065soient sensiblement coplanaires. En particulier, dans l’exemple décrit, les plaques principales 306, 3061, 3062, 3063, 3064, 3065présentent des faces supérieures 308, 3081, 3082, 3083, 3084, 3085horizontales respectives s’étendant au même niveau. Par soucis de clarté, les faces supérieures 308, 3081, 3082, 3083, 3084, 3085ne sont indiquées que pour quelques pièces sur la .
En particulier, le module de puissance 110 comporte une première pièce de connexion électrique 3041ayant une plaque principale 3061présentant une face supérieure 3081, une deuxième pièce de connexion électrique 3042ayant une plaque principale 3062présentant une face supérieure 3082, une troisième pièce de connexion électrique 3043ayant une plaque principale 3063présentant une face supérieure 3083, une quatrième pièce de connexion électrique 3044ayant une plaque principale 3064 présentant une face supérieure 3084et une cinquième pièce de connexion électrique 3045ayant une plaque principale 3065 présentant une face supérieure 3085 .
Par ailleurs, les plaques principales 306, 3061, 3062, 3063, 3064, 3065sont séparées les unes des autres selon le plan principal PP par au moins un interstice 310. Dans l’exemple décrit, chaque interstice 310 présente une largeur inférieure ou égale à un cinq millimètres. Cela signifie que les deux plaques principales délimitant l’interstice 310 sont distantes d’au plus cinq millimètres le long de cet interstice 310.
De manière générale, au moins une des pièces de connexion électrique 304, 3041, 3042, 3043, 3044, 3045(toutes dans l’exemple décrit) présente en outre au moins un connecteur électrique se projetant depuis sa plaque principale 306, 3061, 3062, 3063, 3064, 3065Chaque connecteur électrique est par exemple soit sous la forme d’une broche 3121, soit sous la forme d’une languette pliée 3122, 3123, soit encore sous la forme d’une languette droite 3124.
Dans l’exemple décrit ici, les languettes droites 3124forment avec leurs plaques principales 3062, 3064des barres omnibus de phase destinées à être connectées à des phases d’une machine électrique tournante, la languette pliée 3123forme avec sa plaque principale 3061une barre omnibus destinée à être connectée à un potentiel haut d’une alimentation électrique (par exemple une batterie) et les languettes pliées 3122forment avec leurs plaques principales 3063, 3065des barres omnibus destinées à être connectées à des potentiels bas de l’alimentation électrique.
Chaque connecteur électrique 3121, 3122, 3123présente une extrémité fixe 314 fixée à la plaque principale 306, 3061, 3062, 3063, 3064, 3065, une portion principale 316 s’étendant verticalement dans l’exemple décrit et se terminant par une extrémité libre 318 et un coude 320 reliant l’extrémité fixe 314 à la portion principale 316. Par soucis de clarté, ces différents éléments des connecteurs électriques 3121, 3122, 3123ne sont indiqués que pour deux connecteurs électriques 3121, 3122, l’un en forme de broche, l’autre en forme de languette.
Dans le cas d’une languette droite, le connecteur électrique 3124se projette dans le plan principal PP sur une grande longueur afin de permettre sa connexion, par exemple au moins un centimètre. En outre, le connecteur électrique 3124présente une extrémité fixe 314 fixée à la plaque principale 3062, 3064, cette extrémité fixe 314 ayant une grande largeur pour permettre le passage de courant, par exemple d’au moins un centimètre.
Les pièces de connexion électrique 304, 3041, 3042, 3043, 3044, 3045sont obtenues dans l’exemple décrit par découpage d’une plaque métallique.
Dans l’exemple décrit ici, la plaque métallique est en cuivre. En variante, la plaque métallique pourrait être en aluminium ou encore en or.
Par ailleurs, le module de puissance 110 comporte des transistors 1121, 1122, 1141, 1142chacun connecté électriquement entre deux faces supérieures 3081, 3082, 3083, 3084, 3085de respectivement deux des plaques principales 3061, 3062, 3063, 3064, 3065par exemple pour faire passer et interrompre sur commande un courant de puissance, pouvant par exemple être supérieure à un ampère entre ces deux plaques principales 3061, 3062, 3063, 3064, 3065. Chaque transistor 1121, 1122, 1141, 1142présente tout d’abord une face inférieure plaquée contre l’une des faces supérieures auxquelles ce transistor est connecté électriquement. Chaque transistor 1121, 1122, 1141, 1142présente en outre une face supérieure dont une partie est connecté électriquement à l’autre des deux faces supérieures. Dans l’exemple décrit, la face supérieure du transistor 1121, 1122, 1141, 1142comporte en outre une partie de commande du transistor 1121, 1122, 1141, 1142, connectée électriquement à une face supérieure d’une autre plaque principale 306, par exemple par un fil 328 dans l’exemple décrit.
En d’autres termes, le transistor 1121est monté sur, et connecté électriquement à la face supérieure 3081de la plaque principale 3061de la première pièce de connexion électrique 3041et un premier élément de liaison électrique connecte électriquement le transistor 1121à la face supérieure 3082de la plaque principale 3062de la deuxième pièce de connexion électrique 3042.
Le premier élément de liaison électrique comprend deux rubans 3261, une extrémité de chaque ruban en métal 3261est soudée sur la face supérieure 3082de la plaque principale 3062de la deuxième pièce de connexion électrique 3042 par un procédé de soudage. La deuxième extrémité de chaque ruban en métal 3261est soudée directement sur le transistor 1121par un procédé de soudage. Les procédés de soudage employés sont par exemple des procédés de soudage par ultrason ou par friction.
De même, le transistor 1141est monté sur, et connecté électriquement à la face supérieure 3082de la plaque principale 3062de la deuxième pièce de connexion électrique 3042et un deuxième élément de liaison électrique connecte électriquement le transistor 1141à la face supérieure 3083de la plaque principale 3063de la troisième pièce de connexion électrique 3043.
Le deuxième élément de liaison électrique comprend deux rubans 3262, une extrémité de chaque ruban en métal 3262est soudée sur la face supérieure 3083de la plaque principale 3063de la troisième pièce de connexion électrique 3043par un procédé de soudage. La deuxième extrémité de chaque ruban en métal 3262est soudée directement sur le transistor 1141par un procédé de soudage. Les procédés de soudure employés sont par exemple des procédés de soudage par ultrason ou par friction.
De façon similaire, la face inférieure du transistor 1122est montée sur, et connecté électriquement à la face supérieure 3081de la plaque principale 3061de la première pièce de connexion électrique 3041et sa face supérieure est connecté électriquement à la face supérieure de la plaque principale 3064au moyen de deux rubans 3263.
De façon similaire, la face inférieure du transistor 1142est montée sur, et connecté électriquement à la face supérieure 3084de la plaque principale 3064de la quatrième pièce de connexion électrique 3044 et sa face supérieure est connecté électriquement à la face supérieure de la plaque principale 3065au moyen de deux rubans 3264.
Dans l’exemple décrit, les rubans 3261, 3262, 3263, 3264sont en aluminium et présente par exemple une section de 2mmx0.3mm. Dans une variante de réalisation, les rubans 3261, 3262, 3263, 3264sont en or.
Dans l’exemple décrit, les fils 328 sont en aluminium et présente un diamètre de 0.2mm Dans une variante de réalisation, les fils 328 sont en or.
Dans l’exemple décrit, les connecteurs électriques 3121en forme de broche servent à la connexion du module de puissance 110 à un module de contrôle 210 dont la fonction est de commander les transistors 1121, 1122, 1141, 1142.
En outre, toujours dans l’exemple décrit, les connecteurs électriques 3122sont destinés à être connectée au potentiel bas d’une alimentation électrique et le connecteur électrique 3123est destinés à être connectée au potentiel haut de cette même alimentation électrique (par exemple une batterie).
En outre, toujours dans l’exemple décrit, les deux connecteurs électriques 3124en forme de languette droite forment respectivement deux barres omnibus de phase destinées à être connectées à deux phases d’une machine électrique tournante.
En référence à la , le surmoulage du module de puissance 110 est représenté et porte la référence 402. La face supérieure de ce surmoulage isolant électrique est sensiblement plane. Comme cela est visible sur la , plus de 60%, de cette face supérieure est sensiblement plane.
Le surmoulage 402 est un isolant électrique et recouvre totalement chaque transistor 1121, 1122, 1141, 1142, au moins une partie des faces supérieures 3081, 3082, 3083, 3084, 3085des plaques principales 3061, 3062, 3063, 3064, 3065et chaque fil 328.
En outre, la face supérieure du surmoulage isolant électrique 402 a été découpée de sorte à présenter une première cavité C1 située au moins partiellement au-dessus du premier élément de liaison électrique. En outre, une partie des rubans 3261est située dans la première cavité C1 et le surmoulage isolant électrique 402 recouvre le reste des rubans 3261. En d’autres termes, le surmoulage isolant électrique 402 recouvre partiellement les rubans 3261de sorte que seule la partie la plus élevée, par rapport à la direction haut-bas, des rubans 3261n’est pas recouverte par le surmoulage isolant électrique 402 et est en outre située dans la première cavité C1.
De cette façon, le surmoulage isolant électrique exerce peu voire aucune force de maintien sur la partie la plus élevée des rubans 3261ce qui permet une rupture facile de ces rubans lorsque ces rubans s’échauffent.
De même, la face supérieure du surmoulage isolant électrique 402 a été découpée de sorte à présenter une deuxième cavité C2 située au moins partiellement au-dessus des rubans 3262.
Une partie des rubans 3262est située dans la deuxième cavité C2 et le surmoulage isolant électrique 402 recouvre le reste des rubans 3262. En d’autres termes, le surmoulage isolant électrique 402 recouvre partiellement les rubans 3262de sorte que seule la partie la plus élevée, par rapport à la direction haut-bas, des rubans 3262n’est pas recouverte par le surmoulage isolant électrique 402 et est en outre située dans la deuxième cavité C2.
Pour les mêmes raisons que précédemment, le surmoulage isolant électrique 402 exerce peu voire aucune force de maintien sur la partie la plus élevée des rubans 3262ce qui permet une rupture facile de ces rubans lorsque ces rubans s’échauffent.
Enfin, la face supérieure du surmoulage isolant électrique 402 a également été découpée de sorte à présenter une troisième cavité C3 et une quatrième cavité C4 située respectivement au moins partiellement au-dessus des rubans 3263du transistor 1122et des rubans 3264du transistor 1142. Ces deux cavités ont une profondeur telle que seule la partie supérieure des rubans 3263du transistor 1122et la partie supérieure des rubans 3264du transistor 1142 soient situées respectivement dans la troisième cavité C3 et dans la quatrième cavité C4 et que le surmoulage isolant électrique 402 recouvre le reste des rubans 3263et 3264.
Le surmoulage 402 est par exemple en résine, par exemple encore en époxy. De préférence, le surmoulage 402 est intégral en une seule pièce.
Dans le mode de réalisation décrit ici, les cavités sont dépourvues de matière. En variante, les cavités sont remplies d’un gel, par exemple diélectrique et/ou en silicone. Le gel peut également avoir une viscosité se situant entre 230 et 600 mPa-s, de préférence entre 400 et 500 mPa-s, par exemple de 465 mPa-s et/ou une dureté comprise entre 65 et 180g, de préférence entre 110 et 160g, par exemple de 123g ou de 154g.
Dans une autre variante, les cavités sont remplies d’une résine différente de la résine formant le surmoulage isolant électrique 402. En particulier, la résine remplissant les cavités possède une dureté moindre que celle formant le surmoulage isolant électrique 402. Par exemple, le surmoulage isolant électrique 402 est formé d’une résine époxy, ayant par exemple une dureté entre 70 et 90 shore et les cavités sont remplies d’une résine élastomère, ayant par exemple une dureté entre 20 et 40 shore. La résine remplissant les cavités peut également appartenir à la classe de feu UL 94 V-0, telle que définie par la compagnie de certification Underwriters Laboratories.
Par ailleurs, le surmoulage 402 laisse apparent la face inférieure 5021de la plaque principale 3061de la première pièce de connexion électrique 3041.
Cette partie visible sur la et laissée apparente est conçue pour être plaquée contre un dissipateur thermique.
Ainsi, le dissipateur thermique est en contact thermique avec la face inférieure 5021laissée apparente par le surmoulage 402. Ce contact thermique peut être un contact direct ou bien via un élément de liaison électrique isolant et thermiquement conducteur.
De même surmoulage 402 laisse apparent les faces inférieures 5022, 5023, 5024, 5025des plaque principale 3062, 3063, 3064, 3065de chacune des autres pièces de connexion électrique 3042, 3043, 3044, 3045. Ces parties laissées apparentes sont conçues pour être plaquée contre le dissipateur thermique. Ainsi, le dissipateur thermique est en contact thermique avec les faces inférieures 5022, 5023, 5024, 5025laissées apparentes par le surmoulage 402. Ce contact thermique peut être un contact direct ou bien via un élément de liaison électrique isolant et thermiquement conducteur.
Par ailleurs, le surmoulage 402 remplit chaque interstice 310 et présente, dans chaque interstice 310, une face inférieure affleurant les faces inférieures 5021, 5022, 5023, 5024, 5025des plaques principales 3061, 3062, 3063, 3064, 3065.
Le surmoulage 402 présente au moins un plot en résine 506 se projetant vers le bas et conçu pour venir au contact direct du dissipateur thermique afin de définir un écartement prédéfini entre les faces inférieures 5021, 5022, 5023, 5024, 5025, des plaques principales 3061, 3062, 3063, 3064, 3065et le dissipateur thermique, et ainsi l’épaisseur de l’élément conducteur thermique remplissant cet écartement. Dans l’exemple décrit, chaque plot en résine 506 se projette depuis la face inférieure du surmoulage présent dans l’un des interstices 310 entre les plaques principales 3061, 3062, 3063, 3064, 3065.
En référence à la , un procédé 2000 de fabrication du module de puissance 110 selon un deuxième mode de réalisation de l’invention va à présent être décrit.
Au cours d’une étape E2100, les pièces de connexion électrique 3041, 3042, 3043, 3045sont obtenues, chacune de ces pièces présentant une plaque principale 3061, 3062, 3063, 3064, 3065s’étendant selon un même plan principal PP de sorte que les plaques principales 3061, 3062, 3063, 3064, 3065soient sensiblement coplanaires.
Dans le mode de réalisation décrit ici, l’étape E2100 comprend deux sous-étapes E2110, E2120. Lors de l’étape E2110, une plaque conductrice s’étendant selon un plan principal est obtenue. Lors de l’étape E2120, cette plaque conductrice est découpée pour définir d’une part, une pièce de cadre 902 et les pièces de connexion électrique 304, 3041, 3042, 3043, 3045et, d’autre part, des pattes d’attache 904 de chaque plaque principale 306, 3061, 3062, 3063, 3065avec au moins une de la ou des autres pièces découpée dans la plaque conductrice. Dans la plaque conductrice sont en outre également formées des pattes secondaires d’attache 908 de chaque connecteur électrique devant être plié avec au moins une autre pièce de connexion électrique ou avec la pièce de cadre 902.
Un exemple de plaque conductrice découpée résultant de l’étape E2120 est représenté à la .
Dans l’exemple décrit ici, la plaque conductrice est en métal, par exemple en cuivre. En variante, la plaque conductrice pourrait être faite d’un autre métal comme l’aluminium ou encore l’or.
Au cours d’une étape E2200, les transistors 1121et 1141sont respectivement fixés et électriquement connectés par leur face inférieure aux plaques principales 3061, 3062des pièces de connexion 3041, 3042. Au cours de cette même étape E2200, les transistors 1122et 1142sont respectivement fixés et électriquement connectés par leur face inférieure aux plaques principales 3061, 3064des pièces de connexion 3041, 3044.
Au cours d’une étape E2300, les transistors 1121et 1141sont respectivement électriquement connectés par les éléments de liaison électrique 3261, 3262aux plaques principales 3062, 3063des pièces de connexion 3042et 3043. Au cours de cette même étape E2300, les transistors 1122et 1142sont respectivement électriquement connectés par les éléments de liaison électrique 3263, 3264aux plaques principales 3064, 3065des pièces de connexion 3044et 3045.
Au cours d’une étape E2400, le surmoulage 402 est réalisé avec un matériau isolant électrique, par exemple de la résine, de manière à recouvrir totalement les fils 328, les transistors 1121, 1122, 1141, 1142, au moins une partie des faces supérieures 3081, 3082, 3083, 3084, 3085des plaques principales 3061, 3062, 3063, 3064, 3065ainsi que les éléments de liaison électrique 3261, 3262, 3263, 3264.
Pour ce faire, la plaque conductrice découpée à l’étape E2120 est placée à l’intérieur d’un moule comportant une partie inférieure 41’ et une partie supérieure 42’ de sorte que les transistors 1121, 1122, 1141, 1142 ,les éléments de liaison électrique 3261, 3262, 3263, 3264et au moins une partie des faces supérieures 3081, 3082, 3083, 3084, 3085des plaques principales 3061, 3062, 3063, 3064, 3065soient placés à l’intérieur du moule. Puis, le matériau isolant électrique est injecté sous une forme liquide dans le moule à travers un ou des orifices afin de remplir l’intérieur du moule. Enfin, lorsque le matériau isolant électrique s’est solidifié, les deux parties du moule sont enlevées.
Le matériau isolant électrique est dans l’exemple décrit ici de la résine, par exemple de la résine époxy.
Au cours d’une étape E2500, les pattes secondaires d’attache 908 des connecteurs électrique 3121, 3122, 3123sont coupées.
Au cours d’une étape E2600, les connecteurs électrique 3121, 3122, 3123sont pliés pour placer leurs portions principales à la verticale dans l’exemple décrit.
Au cours d’une étape E2700, les pattes d’attache 904 sont coupées pour séparer chaque pièce de connexion électrique 3041, 3042, 3043, 3045de la ou des autres pièces 902, 3041, 3042, 3043, 3045.
A l’issue de l’étape E2700 est ainsi obtenu un module de puissance tel que celui représenté à la .
Au cours d’une étape E2800, une cavité C1 dans la face supérieure du surmoulage isolant électrique 402 est découpée par ablation laser (au moyen d’un dispositif d’ablation similaire à celui décrit dans le premier mode de réalisation) de sorte qu’au moins une partie de l’élément de liaison électrique 3261soit située dans cette cavité. En d’autres termes, dans l’exemple décrit ici, les deux parties les plus élevées du ou des rubans 3261 se trouvent dans la cavité C1 et ne sont plus recouvert de résine après l’achèvement de l’étape 2800.
Au cours de cette étape E2800, des cavités C2, C3, C4 sont également découpées par ablation laser dans la face supérieure du surmoulage isolant électrique 402 de sorte qu’au moins une partie de chacun des éléments de liaison électrique 32623263, 3264soit respectivement située dans ces cavités C2, C3, C4.
A l’issue de l’étape E2800 est ainsi obtenu un module de puissance 110 tel que celui représenté à la .
De façon optionnelle, au cours d’une étape E2900, les cavités C1, C2, C3 et C4 sont remplies d’un gel, par exemple diélectrique et/ou en silicone.
Dans une variante de ce second mode de réalisation de l’invention, le moule utilisé à l’étape E2400 pour réaliser le surmoulage 402 présente une forme délimitant dans le surmoulage 402 quatre cavités secondaires C1’, C2’, C3’, C4’. Chacune de ces cavités secondaires C1’, C2’, C3’, C4’ étant positionnée à l’emplacement d’une des futures cavités C1, C2, C3, C4 et se distingue de ces dernières seulement par une profondeur moindre choisie de sorte que les éléments de liaison électrique 3261, 3262, 3263, 3264soient entièrement recouvert par le surmoulage 402. Avec un tel moule, un module de puissance tel que celui représenté à la est obtenu à l’issue de l’étape E2700.
Dans cette variante de réalisation, les fonds des cavités secondaires C1’, C2’, C3’, C4’ sont creusés par ablation laser lors de l’étape E2800 afin d’obtenir les cavités C1, C2, C3, C4 caractéristiques d’un module de puissance 110 tel que celui représenté à la .
En d’autres termes, le surmoulage isolant électrique 402 est réalisé de manière à ce que sa face supérieure présente des cavités secondaires C1’, C2’, C3’, C4’ et en ce que les cavités C1, C2, C3, C4 découpées par ablation laser sont réalisée dans le fond des cavités secondaires C1’, C2’, C3’, C4’.
On notera par ailleurs que l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment. Il apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.
Dans la présentation détaillée de l’invention qui est faite précédemment, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant l’invention aux modes de réalisation exposés dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en œuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.

Claims (9)

  1. Procédé de fabrication (1000, 2000) d’un module de puissance (10, 110), comportant :
    • l’obtention (E10, E2100) d’au moins une première (361, 3041) et une deuxième pièces (362, 3042) de connexion électrique présentant chacune une plaque principale ;
    • le montage (E20, E2200) d’au moins un composant électronique (12, 1121) sur une face supérieure de la plaque principale de la première pièce (361, 3041) de connexion électrique ;
    • le montage (E30, E2300) d’au moins un élément de liaison électrique (321, 3261) connectant électriquement ledit au moins un composant électronique (12, 1121) à la face supérieure de la plaque principale de la deuxième pièce (362, 3042) de connexion électrique ;
    • la réalisation (E40, E2400) avec un matériau isolant électrique, par exemple de la résine, d’un surmoulage (40, 402) scellant hermétiquement ledit au moins un composant électronique (12, 1121), ledit au moins un élément de liaison électrique (321, 3261) et au moins une partie des faces supérieures des plaques principales de la première et de la deuxième pièce de connexion électrique ;
    caractérisé en ce que ledit procédé de fabrication comprend en outre la découpe (E50, E2800) par ablation laser d’une cavité (C, C1) dans la face supérieure du surmoulage isolant électrique (40, 402) de sorte qu’au moins une partie dudit au moins un élément de liaison électrique (321, 3261) soit située dans ladite cavité (C, C1).
  2. Procédé de fabrication (2000) d’un module de puissance selon la revendication précédente dans lequel l’obtention (E2100) de l’au moins une première pièce (3041) et de l’au moins une deuxième pièce (3042) de connexion électrique comprend :
    • l’obtention (E2110) d’une plaque conductrice, de préférence en métal, s’étendant selon un plan principal (PP) ; et
    • la découpe (E2120), dans la plaque conductrice, d’une part, d’une pièce de cadre (902) et de ladite au moins une première (3041) et une deuxième pièces (3042) de connexion électrique, les plaques principales s’étendant selon le plan principal de manière (PP) à être sensiblement coplanaires, et, d’autre part, de pattes d’attache (904) de chaque plaque principale avec au moins une de la ou des autres pièces ;
    et ledit procédé comprenant en outre la coupe des pattes d’attache (904) pour séparer chaque pièce de connexion électrique de la ou des autres pièces, ladite coupe étant effectuée après la réalisation dudit surmoulage.
  3. Procédé de fabrication (2000) d’un module de puissance selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que le surmoulage isolant électrique (402) est réalisé de manière à ce que le surmoulage isolant électrique (402) présente une épaisseur moindre au moins partiellement au-dessus dudit élément de liaison électrique (3261).
  4. Procédé de fabrication (2000) d’un module de puissance selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que le surmoulage isolant électrique (402) est réalisé de manière à ce que sa face supérieure présente une cavité secondaire (C1’) et en ce que la cavité (C1) découpée par ablation laser est réalisée dans le fond de ladite cavité secondaire (C1’).
  5. Procédé de fabrication (1000, 2000) selon la revendication précédente dans lequel plusieurs couches successives du surmoulage isolant électrique (40, 402) sont enlevées par ablation laser pour réaliser ladite cavité (C, C1).
  6. Procédé de fabrication (1000, 2000) selon l’une des revendications précédentes comprenant en outre l’aspiration des résidus d’ablation (7) issues du délitement du surmoulage lors de l’ablation laser.
  7. Procédé de fabrication (1000, 2000) selon l’une des revendications précédentes comprenant en outre le soufflage d’un flux d’air (F2) sur la zone du surmoulage isolant électrique (40, 402) en cours d’ablation.
  8. Procédé de fabrication (1000, 2000) selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’ablation laser est réalisée au moyen d’un laser pulsé ou d’un laser à onde continue ou encore d’un laser à gaz, par exemple d’un laser CO2.
  9. Procédé de fabrication (1000, 2000) selon l’une des revendications précédentes comprenant en outre le remplissage de ladite cavité (C, C1) par un gel ou une résine présentant une dureté moindre que celle du surmoulage isolant électrique (40, 402).
    .
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