Brevet FR2809231A1 — publié le 20011123

MODULE DE DISPOSITIF A SEMI-CONDUCTEUR La présente invention concerne un module de dispositif à semi- conducteur et de façon plus spécifique, concerne un nouveau module utilisant un substrat métallique isolé (IMS), une ou plusieurs cartes de circuit de puissance, des interconnexions et d'autres composants qui sont agencés d'une nouvelle manière. Les modules de dispositifs à semiconducteur connus sont utilisés pour contenir une pluralité de puces de semi-conducteur interconnectées. Les puces peuvent être du même type ou de types divers et peuvent être montées sur un dissipateur thermique ou un autre substrat situé à l'intérieur d'un boîtier commun ayant des électrodes terminales s'étendant à partir du boîtier. Dans une application de puissance, par exemple pour un circuit de commande de moteur ou des fonctions similaires, aussi bien les dispositifs de haute puissance, dont la chaleur doit être extraite, que les dispositifs de faible puissance, qui ne nécessitent pas de dissipation thermique, sont utilisés. Typiquement, la dissipation thermique peut être assurée en montant les dispositifs sur un IMS qui est enfermé dans un boîtier de module. De tels substrats et modules sont décrits dans le brevet U.S. n 5 408 128, publié le 18 avril 1995, au nom de l'inventeur de la présente demande et attribué à International Rectifier Corporation, le présent cessionnaire. Toutefois, lorsque des dispositifs de haute puissance et de basse puissance sont requis pour une application, l'inclusion de dispositif de basse puissance sur un IMS augmente fortement le coût du module. En variante, les dispositifs de haute puissance sont inclus à l'intérieur du module IMS et les dispositifs de basse puissance sont montés à l'extérieur dans d'autres modules, augmentant ainsi fortement l'encombrement du circuit et nécessitant également des interconnexions supplémentaires entre les dispositifs de haute et basse puissance. Il est en conséquence souhaitable de fournir un boîtier de dispositif contenant à la fois les dispositifs de haute et basse puissance et dans lequel la dimension du boîtier soit réduite et le nombre et les longueurs des interconnexions soient minimisés. 2 2809231 La présente invention fournit un "module plan adaptable" (APM), c'est-àdire un nouveau concept de conditionnement pour la commande de moteurs et des fonctions similaires. Le boîtier convient particulièrement à des systèmes de commande à faible coût et pour petits moteurs, bien que le concept de base puisse être étendu à des plus grands systèmes de plus haute puissance. L'APM de la présente invention comporte un substrat d'IMS minimum convenable pour les dispositifs de puissance et d'autres dispositifs. Le substrat d'IMS peut supporter un pont d'entrée, un onduleur et d'autres composants et s'installe au-dessous d'une cavité ouverte d'une carte de circuit imprimé ("PCB"). Le PCB et le substrat d'IMS sont enrobés dans une coque moulée pourvue de connecteurs. Le PCB constitue une plate-forme de faible coût pour les dispositifs de faible puissance ne nécessitant pas de dissipation thermique et ainsi, il n'est pas nécessaire qu'il soit situé sur le substrat d'IMS. L'interconnexion de l'IMS et du PCB s'effectue par des liaisons par fils standards qui connectent la plaque de semi-conducteur sur le substrat d'IMS avec ceux qui sont situés sur le PCB. La présente invention élimine ainsi les interconnexions-' redondantes, procure des économies de coûts et améliore la fiabilité. De façon spécifique, le partage des dispositifs et la réduction de la taille de l'IMS procure des économies. La réduction de dimension et la liaison directe à la plaque diminuent également le coût d'IMS unitaire en éliminant la nécessité d'un dépôt particulier est en permettant d'utiliser un IMS plus mince. L'APM de la présente invention comporte typiquement un IMS, une carte de circuit imprimé, une embase ou coque support, des bornes d'alimentation et des bornes de masse. Les considérations environnementales peuvent également être prises en compte. Un PCB de commande externe avec un clavier et des bornes d'E/S, un capot et un dissipateur thermique, peuvent également être inclus. Le substrat de l'IMS de l'APM peut comporter un onduleur, une ou deux entrées de phase, une thermistance, un shunt de bus négatif et un shunt de défaut de masse. Des fixations de plaque en époxy ou soudure peuvent être utilisées. Le substrat peut convenir pour une quelconque ou l'ensemble des applications à 0,18, 0,37 ou 0,75 kilowatt. La taille du 3 2809231 substrat est, par exemple, de 1,2 pouces sur 0,8 pouce. La conformité aux normes de pollution 1 avec un revêtement peut être prévue, tout comme une isolation diélectrique à 2500 V. La coque ou boîtier de l'APM peut comporter une coque moulée qui supporte l'IMS, le PCB de puissance et le capot. La coque a, par exemple, un encombrement d'environ 2,83 pouces x 5, 12 pouces (72 x 130 mm) avec des bornes étendues. Trois ou quatre, par exemple, vis de montage M4 peuvent être utilisées respectivement pour la mise à la terre, la mise à la masse du panneau, interne et du dissipateur thermique. Le boîtier a de préférence un profil bas de 0,375 pouce, comme exemple, et peut être fait de matière plastique à haute température et de haute solidité. Le PCB de puissance de i'APM peut être typiquement un simple PCB pouvant comporter un circuit de commande, des circuits de protection, un SMPS, des filtres, des condensateurs de bus, une charge logicielle, des bornes et un connecteur d'interface de carte de commande. Le PCB est généralement, par exemple, d'environ 5,2 pouces x 2,6 pouces. De préférence, le PCB est formé de deux couches, bien que quatre couches soient également possibles. La facé supérieure du PCB peut comporter un SMD et un trou traversant. La face inférieure du PCB peut comporter un SMD, de préférence, allant jusqu'à 1,3 pouces. Le PCB peut également comporter un espacement de pollution 1, les deux faces étant revêtues ou enrobées. Les bornes d'alimentation sont typiquement de types LMI ou Schneider. Comme exemple, un moteur à trois sorties est utilisé ainsi 2 5 qu'une ligne à deux ou trois entrées. Le PCB peut être relié à la masse vers la terre à l'extrémité d'entrée et de préférence, satisfait aux spécifications UL 508C à 600 V. Les bornes d'alimentation peuvent être soudées au PCB de puissance. De préférence, l'APM est conforme aux exigences de pollution de niveau 2, bien que la conformité au niveau 3 puisse être prévue si des broches de commande de sélection sont traitées. L'APM peut également être protégé des vibrations, des chocs et d'autres contraintes mécaniques. La mise à la masse primaire de i'APM est de préférence, le dissipateur thermique. Un blindage de moteur peut être fixé au dissipateur thermique pour une mise à la masse conforme aux spécifications EMC et 4 2809231 pour la mise à la masse du moteur vers le dissipateur thermique. Une vis de montage du côté entrée peut connecter la ligne de terre, le panneau et la masse du panneau au dissipateur thermique et à la masse interne. Un cavalier provenant du dissipateur thermique mettant à la masse de facon interne la borne EMC peut également être prévu. Un PCB de commande peut être inclus dans I'APM ou peut être disposé de manière externe et interfacé avec un connecteur et un câble en ruban. Le PCB de commande peut comporter, de préférence, un microprocesseur, un clavier '"massif' et un connecteur d'E/S Wago. Le PCB de commande s'encliquette typiquement mécaniquement dans le capot et est raccordé par un câble souple. Un capot peut s'interfacer avec la coque d'APM et est de préférence, un capot moulé avec une hauteur dépendant du produit. Le capot peut constituer une connexion mécanique et électrique vers des composants et peut comporter un couplage par encliquetage à la coque et peut permettre de monter des vis à travers la coque vers le dissipateur thermique. Le capot peut également constituer un support pour la carte de -- commande et des orifices de mise à l'air libre pour le refroidissement des condensateurs. De facon optionnelle, le capot est conforme à la 2 0 spécification UL 50. Un dissipateur thermique externe sert de surface de montage pour l'APM. Trois tailles sont préférables pour le dissipateur thermique, toutes ayant de préférence le même encombrement, à savoir un dissipateur thermique en aluminium extrudé pour les applications à 0,37 kilowatt, de l'aluminium extrudé pour des applications à 0,75 kilowatt ou une plaque d'aluminium pour des applications à 0,18 kilowatt. Le dissipateur thenmique a de préférence des dimensions pour fournir une dissipation de puissance finale sans utiliser de ventilateur. Typiquement, trois ou quatre trous taraudés peuvent être prévus pour connecter le dissipateur thermique à l'APM. Le dissipateur thermique peut également être monté sur un panneau arrière ou sur un rail DIN. La nouvelle conception de coque peut fournir une quelconque ou l'ensemble des propriétés suivantes: emplacement et support du substrat d'IMS, contact optimum avec la surface de montage du dissipateur thermique, support du PCB comportant un support de liaison par fil, espace 2809231 pour les composants SMD sur la surface inférieure du PCB, espace à la fois pour les composants de SMID et plombés sur la face supérieure du PCB. Une petite cavité en renfoncement au-dessus de l'IMS est prévue pour les composants de l'IMS et est de préférence remplie d'un composé d'enrobage de grade élevé qui est en contact avec la plaque IMS. Le reste du boîtier, comportant le PCB et les autres composants, peut ainsi être recouvert d'un composé d'enrobage de plus faible coût. La coque peut également créer un boîtier terminal externe, lorsqu'un tel boîtier est plus économique que l'utilisation de bornes ajoutées. En variante, la coque peut créer une surface partagée pour fixer des bornes ajoutées au PCB. D'autres composants plus grands, tels que des condensateurs de bus, condensateurs de filtrage et inducteurs peuvent nécessiter un montage et des interconnexions spéciales. Ces composants peuvent être fixés au PCB et peuvent être autorisés à dépasser du composé d'enrobage ou peuvent être placés au-dessus d'un PCB supplémentaire. Le PCB supplémentaire peut être une extension coplanaire du premier PCB ou peut être situé sur un second niveau, en fonction de la taille, du nombre et du coût de montage des composants et diffère d'un produit un autre. Dans certains boîtiers, il peut être avantageux de fixer les plus grands composants tels que les condensateurs de bus, au fond du boîtier et d'inclure un capot approprié. La surface supérieure du boîtier peut également recevoir une carte de touches de commande qui conduit au PCB. D'autres applications, par exemple pour des appareils électriques, 2 5 peuvent ne pas nécessiter de bornes et peuvent comporter des connecteurs à encliquetage de plus faible coût. Les applications telles que les contrôleurs industriels peuvent ajouter des fonctions supplémentaires ainsi que des structures de plus grande puissance et mécaniques. L'adaptabilité du module plan adaptable permet une certaine souplesse dans la conception de produits en modifiant l'implantation du PCB ou de l'IMS sans aucune modification significative de l'outillage. D'autres modifications peuvent également être réalisées en construisant la coque moulée avec une pièce d'insertion interchangeable pour la cavité de substrat d'IMS ou en incorporant une cavité moulée supérieure multiple 6 2809231 pour recevoir des parois plus hautes pour des doubles cartes, des connecteurs spéciaux, un clavier optionnel et analogue. Ainsi, l'APM fournit un boîtier à faible coût permettant une plus grande intégration d'un système dans un module unique. Les fonctions spécifiques du système peuvent comporter: un onduleur, un pont d'entrée, un détecteur de courant, une protection contre les courts-circuits et la surchauffe, des circuits de commande, des filtres d'entrée/sortie, un PFC, un frein, un microprocesseur de commande et un clavier. Selon la présente invention, un module de dispositifs à semi- conducteur comporte une embase support possédant une ouverture s'étendant depuis sa surface supérieure jusqu'à sa surface inférieure. Un substrat plan thermiquement conducteur s'étend sur l'ouverture d'embase support et comporte une surface inférieure qui est située au niveau ou au- dessous de la surface inférieure de l'embase support pour venir en contact avec un dissipateur thermique externe. Un ou plusieurs dispositifs à semi- conducteur sont montés sur une surface supérieure du substrat thermiquement conducteur. Au moins une carte de circuit est agencée au- dessus et est espacée de la surface supérieure de l'embase support et possède une ouverture qui est située au-dessus du substrat thermiquement conducteur et un ou plusieurs autres dispositifs à semi-conducteur sont montés sur la surface supérieure de la carte de circuit. Au moins une zone de plots de liaison est agencée sur la périphérie de l'ouverture dans la carte de circuit et est électriquement connectée aux dispositifs à semi-conducteur situés sur la carte de circuit. Un ou plusieurs fils de liaison connectent les 2 5 dispositifs à semi-conducteur du substrat thermiquement conducteur au plot de liaison. D'autres aspects de la présente invention comportent un module de commande de moteur et un module de micro-convertisseur. Plusieurs dispositifs à semi-conducteur interconnectés peuvent être montés sur le substrat thermiquement conducteur. Le substrat thermiquement conducteur peut être un IMS. Une plaque de puissance ou un circuit onduleur peut être monté sur le substrat thermiquement conducteur. L'embase support peut comporter des parties surélevées qui s'étendent audessus de la surface supérieure de l'embase support et qui 7 2809231 entourent l'ouverture dans la carte de circuit de manière à former une cavité au-dessus du substrat thermiquement conducteur. La cavité peut être remplie d'un matériau d'enrobage de grade élevé et au moins une partie d'une région située au-dessus de la carte de surface peut être remplie d'un matériau d'enrobage de grade inférieur. Les autres parties surélevées dans l'embase support peuvent supporter la carte de circuit. Des bornes intégrées, montées au-dessus de la carte de circuit o des bornes ajoutées, formées dans une partie surélevée de l'embase support, peuvent constituer des connexions électriques et sont électriquement connectées aux dispositifs situés sur la carte de circuit. Une autre carte de circuit peut être montée au-dessus et espacée de la carte de circuit ou peut être montée de façon coplanaire avec la carte de circuit et comporte d'autres dispositifs montés sur sa surface. Un clavier peut être monté au-dessus de l'une des cartes de circuit et des dispositifs supplémentaires peuvent être montés-sur la surface inférieure. La présente invention peut être modifiée de manière à constituer un "montage de puissance souple" (FPA) c'est-à-dire un nouveau concept de conditionnement pour commande de moteur et fonctions similaires. Le boîtier convient particulièrement pour des systèmes de commande de petits moteurs à faible coût, bien que le concept de base puisse être étendu à des systèmes de puissance supérieure plus grands. Le FPA de la présente invention comporte un IMS convenable pour les dispositifs de puissance et autres dispositifs. L'IMS peut supporter un pont d'entrée, un onduleur et d'autres composants et peut venir se loger au-dessous d'une cavité ouverte d'une carte de circuit imprimé ("PCB"). Le PCB et l'IMS sont enrobés dans un capot moulé qui est pourvu de connecteurs. Le PCB constitue une plate-forme de faible coût pour les dispositifs de faible puissance ne nécessitant pas de dissipation thermique et ainsi il n'est pas nécessaire qu'il soit situé sur l'IMS. L'IMS et le PCB peuvent être interconnectés par des liaisons par fils standards qui connectent la plaque de semi-conducteur située sur l'IMS et d'autres dispositifs et composants sur le PCB. Un FPA selon la présente invention comporte un dissipateur thermique qui supporte le substrat et le PCB. Selon la présente invention, un module de dispositifs à semi- conducteur comporte un dissipateur thermique supportant directement un 8 2809231 substrat thermiquement conducteur. Un ou plusieurs dispositifs à semi- conducteur sont montés sur le substrat thermiquement conducteur et sont électriquement connectés à d'autres dispositifs qui sont montés sur un PCB. Le PCB est situé au-dessus du substrat thermiquement conducteur et peut comporter une cavité. La cavité située dans le PCB s'étend depuis la surface supérieure du PCB jusqu'à sa partie inférieure et est positionnée au-dessus du substrat thermiquement conducteur, de façon que les dispositifs à semi- conducteur situés sur le substrat thermiquement conducteur soient apparents. Un ou plusieurs fils de liaison peuvent effectuer la connexion électrique entre le dispositif ou les dispositifs à semi-conducteur situés sur le substrat thermiquement conducteur et le dispositif ou les dispositifs situés sur le PCB. La cavité peut être réalisée de manière suffisamment large pour que le substrat thermniquement conducteur fasse entièrement saillie à travers la cavité et les bords de la cavité sur la face inférieure du PCB peuvent être mis en contact avec le sommet d'un élément d'isolation, qui se trouve en contact sur sa face inférieure avec le dessus du dissipateur thermique. Dans encore un autre mode de réalisation, la cavité située dans le PCB peut également être rendue suffisamment étroite de façon que les bords de la cavité situés sur la face inférieure du PCB reposent sur le substrat thermiquement conducteur ce qui a pour conséquence la fermeture de la cavité par le corps du substrat thermiquement conducteur. Le module de dispositifs à semi-conducteur selon ce qui précède peut comporter en outre un capot moulé destiné à se trouver sur la surface supérieure de, et sur la cavité dans, le PCB, de façon que le capot moulé enferme un certain espace au-dessus du substrat thermiquement conducteur. L'espace peut ensuite être rempli d'un composé d'enrobage. Dans un autre mode de réalisation, aucune cavité n'est prévue dans le PCB. En remplacement, des moyens de fermeture entourant le dispositif ou les dispositifs à semi-conducteur sont prévus. Les moyens de fermeture rencontrent le sommet du substrat themnniquement conducteur et la face inférieure du PCB, fournissant ainsi un espace fermé sur le dispositif ou les dispositifs à semi-conducteur, éliminant ainsi la nécessité d'un capot moulé. Un composé d'enrobage peut ensuite être contenu dans l'espace enfermé. Une connexion électrique au moyen d'une traversée peut ensuite 9 2809231 être réalisée entre le dispositif ou les dispositifs à semi-conducteur et un dispositif situé sur le PCB. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention deviendront évidents d'après la description suivante de la présente invention se référant aux dessins annexés. La présente invention va maintenant être décrite plus en détail dans la description détaillée qui suit en référence aux dessins, sur lesquels: les figures lA, lB, 1C et lD sont respectivement des vues de dessus, de côté, de face et d'arrière, d'un module plan adaptable selon un mode de réalisation de la présente invention. La figure 2 est une vue de dessus du module des figures lA à 1D, avec l'IMS apparent. La figure 3 représente le substrat d'IMS et son interconnexion au PCB de la figure 2 plus en détail. La figure 4A est une vue en coupe transversale du PCB de la figure IA par les lignes 4-4, la figure 4B est une vue de dessus du PCB. Les figures 5A et 5B sont respectivement une vue de dessus et une vue en coupe transversale d'un module plan adaptable selon un autre mode de réalisation de la présente invention. Les figures 6A et 6B sont respectivement une vue de dessus et une vue en coupe transversale d'un module de micro-onduleur selon un autre aspect de la présente invention. Les figures 7A et 7B sont respectivement une vue de dessus et une vue en coupe transversale d'un module de micro-onduleur selon encore un autre mode de réalisation de la présente invention. Les figures 8A et 8B sont respectivement une vue de dessus et une vue en coupe transversale d'un module de micro-onduleur selon encore un autre mode de réalisation de la présente invention. Les figures 9A et 9B sont des vues respectives de dessus et en coupe transversale d'un module plan adaptable selon un autre mode de réalisation de la présente invention. Les figures 1OA et lOB sont respectivement une vue de dessus et une vue en coupe transversale d'un module plan adaptable selon encore un autre mode de réalisation de la présente invention. 2809231 La figure 11 est une vue de dessus d'un module plan adaptable selon un autre mode de réalisation de la présente invention. La figure 12 est une vue de dessus d'un autre agencement d'un IMS selon la présente invention. Les figures 13A et 13B sont des vues respectives de dessus et de côté d'un exemple d'un module de commande de moteur de 1/2 HP capable de loger l'IMS de la figure 13. La figure 14 est une vue en coupe transversale d'un mode de réalisation d'un module de dispositifs à semi-conducteur selon la présente 1 0 invention. La figure 15 est une vue en coupe transversale d'un mode de réalisation d'un module de dispositifs à semi-conducteur selon la présente invention, comportant un dissipateur thermique avec une plate-forme surélevée au-dessous du substrat thermiquement conducteur. La figure 1r6 est une vue en coupe transversale d'un mode de réalisation d'un module de dispositifs à semi-conducteur selon la présente invention comportant un dissipateur thermique avec une plate-forme surélevée similaire aut module de la figure 2 et présentant en outre une connexion électrique entre un dispositif à semi-conducteur et des composants de PCB par des contacts électriques prévus sur la face supérieure du substrat et la face inférieure du PCB. La figure 17 est une vue en coupe transversale d'un mode de réalisation d'un module de dispositifs à semi-conducteur selon la présente invention dans lequel un PCB est représenté monté sur le substrat et les dispositifs à semi-conducteur sont électriquement connectés aux composants de PCB par des traversées. La figure 18 est une vue en coupe transversale d'un module de dispositifs à semi-conducteur comportant une coque destinée à supporter un substrat et un PCB destiné à constituer un module, qui est ensuite monté sur 3 0 un dissipateur thermique comme représenté. La figure 18A est une vue en coupe transversale d'un module de dispositifs à semi-conducteur de la figure 5 représentant en outre une structure support pour supporter des condensateurs au-dessus d'un capot. En se référant d'abord à la figure 1, est représenté sur les figures 1A à 1D un APM 100 selon un mode de réalisation de la présente invention. h1 2809231 L'APM comporte une embase support 102 qui supporte une carte de circuit imprimé 110. Au-dessus de la carte de circuit imprimé 110 sont montés divers composants électriques comportant une bobine d'arrêt 124, des résistances 130, 131, 132, 133, 134, des condensateurs 136, 138, un transformateur 148, des inducteurs 141 et-146 ainsi que des éléments de circuit supplémentaires 140, 142, 144 et 149 et d'autres composants 143, , 147 (fig. 2), l'ensemble d'entre eux étant interconnecté par un câblage imprimé (non représenté) sur la carte de circuit 110. Sont également prévues des broches d'E/S 127 et 129 et des bornes 122A à 122F qui constituent les connexions électriques à la carte de circuit. Un plateau support 166 repose au-dessus de la carte de circuit 110 et supporte des condensateurs 126 et 128 qui sont connectés électriquement à la carte de circuit 110 et qui sont maintenus en place par une bande 130. La figure 2 est la vue de dessus représenté sur la figure lA de l'APM 100 mais avec le plateau support et ses condensateurs enlevés. Une ouverture 160 formée dans la carte de circuit 110 est située au-dessus d'un IMS 150. Des plots de liaison 164 sont agencés autour de la périphérie de l'ouverture 160 et sont électriquement connectés aux autres composants montés sur la carte. Des fils de liaison 156 constituent les connexions électriques entre les plots de liaison 164 de la carte de circuit et les composants montés sur l'IMS 150. La figure 3 est la vue de dessus de l'IMS ainsi que d'une partie de la carte de circuit 110 qui entoure l'ouverture 160 plus en détail. Montés au- dessus de l'IMS 150 se trouvent divers composants comportant des dispositifs à semi-conducteur de puissance commandés par une grille MOS Q 1 à Q6, des diodes D 1 à D 1 0 ainsi que des résistances RT et RS 1. Chacun de ces composants est monté thermiquement et électriquement audessus des parties d'un matériau à motif conducteur 154 tel que du cuivre. Sont également présentes sur les surfaces supérieures des dispositifs des aires de plots de liaison. Des fils de liaison 156 assurent les connexions depuis les divers composants ainsi que depuis les plots de liaison 164 vers le motif conducteur et les aires de plots des composants IMS. La figure 4A est une vue en coupe transversale de la structure de la figure 2 le long de la ligne 4-4. L'IMS a un corps relativement épais 152 formé d'un métal conducteur, tel que de l'aluminium, recouvert par une couche d'isolation très 12 2809231 mince qui transporte elle-même le motif conducteur qui est électriquement isolé du corps. Sont également présents des dispositifs d'extension thermique (non représenté) sur lesquels sont montés les composants pour améliorer la gestion thermique de la chaleur produite par les composants pendant leur fonctionnement. Un exemple d'un IMS est décrit dans le brevet U.S. susmentionné n 5 408 128 qui est ici incorporé en référence. De façon significative, l'IMS est monté dans une ouverture située sur le corps support 102 de façon à être situé au-dessous de la carte de circuit 110 et de façon que la surface inférieure du corps 152 soit placée de manière coplanaire avec ou au-dessous de la surface inférieure 104 du corps support 102 et soit disponible pour un contact thermique avec un dissipateur thermique (non représenté). Sont également présentes de préférence des parties surélevées 106 et 108 qui s'étendent depuis le corps support 102 et supportent la carte de circuit 110 au niveau de l'ouverture et de la périphérie, respectivement, de la carte de circuit 110. Les parties surélevées 106 et l'ouverture située dans la carte de circuit constituent une cavité au- dessus de l'IMS qui est remplie d'un matériau d'enrobage de grade élevé 158 destiné à recouvrir la surface supérieure de l'IMS. Un matériau d'enrobage de grade inférieur et moins coûteux peut ensuite être utilisé entre la surface inférieure de la carte de circuit et le corps supportainsi que pour recouvrir au moins une partie des composants montés audessus de la carte de circuit. La figure 4B représente un exemple d'une carte de circuit 210 qui convient pour monter des composants et comportant également une ouverture 260 destinée à être située au-dessus de l'IMS et utilisée à la manière de l'invention. De façon avantageuse et selon la présente invention, l'agencement de l'ouverture dans la carte de circuit au-dessus de l'IMS minimise le nombre et la longueur des fils de liaison qui connectent les composants montés au-dessus de l'IMS et ceux qui sont montés sur la carte de circuit. De plus, en montant seulement les composants de haute puissance sur l'IMS, le coût du module est fortement réduit. En outre, puisque aussi bien les composants de haute puissance que de basse puissance sont montés sur le même module, l'encombrement est fortement réduit et le nombre d'interconnexions est encore diminué. De plus, en 13 2809231 limitant le composé d'enrobage de grade élevé à la seule région située au- dessus de l'IMS le coût du module est également réduit. On doit également noter qu'un capot, tel qu'un capot moulé (non représenté) peut être fourni au-dessus de la carte de circuit pour recouvrir les composants de la carte de circuit et l'IMS et est, de préférence, supporté par la périphérie de l'embase support. D'autres boîtiers ont également été produits pour des contrôleurs de moteurs dans la plage de 0,1 à 1,0 HP. Les figures 5A et 5B représentent un exemple d'un boîtier d'APM d'appareil électrique 500 ne comportant pas de filtre d'entrée/sortie selon un autre mode de réalisation de la présente invention. Une embase support à coque moulée 502 supporte une carte de circuit imprimé 510 et possède une ouverture à travers laquelle est monté l'IMS 550. La surface inférieure de l'IMS 550 est en contact avec un dissipateur thermique 570 destiné à extraire la chaleur des dispositifs de puissance montés au- dessus de l'IMS, comme décrit ci-dessus. Une ouverture 560 formée dans la carte de circuit est également située au-dessus de l'IMS pour minimiser la longueur des fils de liaison. Comme -également décrit ci-dessus, un matériau d'enrobage de grade élevé 558 remplit une région de cavité au- dessus de l'IMS et un matériau d'enrobage de grade inférieur 559 est présent ailleurs dans le module. On doit également noter que les composants 528 sont montés à la fois sur les surfaces supérieure et inférieure du module. Ici, les bornes 522 sont des connecteurs à encliquetage avec des broches de connecteurs en ligne pour fournir des signaux de commande. Sont également représentées des broches optionnelles d'entrée/sortie 524. Le boîtier typiquement de 3,0"x2,0"x0,5" peut loger un circuit de commande de moteur complet, comportant un circuit onduleur, des circuits d'entrée, des circuits de protection et un microprocesseur. Les circuits onduleur et d'entrée 512 sont situées sur l'IMS 550 et les autres composants 528 sont situés sur la carte de circuit 510. La longueur de 3, 0 pouces est une dimension maximum de protection, bien que des produits de ligne de courant puissent être de plus petite taille. Les figures 6A et 6B représentent un exemple d'un boîtier d'APM à microonduleur 600 avec des filtres d'entrée/sortie complet selon un autre mode de réalisation de la présente invention. Ce mode de 14 2809231 réalisation est similaire à l'APM d'appareil électrique 500 à l'exception du fait qu'une carte de circuit imprimé supplémentaire 640 est ajoutée pour supporter les inducteurs et les condensateurs des filtres d'entrée/sortie. La carte supplémentaire 640 est connectée à une carte 610 par une grille d'interconnexion 615. La taille de la carte ajoutée et de ses composants varie avec la puissance nominale de l'APM, les plages s'étendant typiquement de 0,1 à 1,0 HP. Il existe deux variantes de bornes pour le micro-onduleur de l'APM. Ici, les figures 6A et 6B représentent une simple coque avec des bornes ajoutées 622. En variante, les figures 7A et 7B représentent un APM sensiblement similaire 700 avec une coque 702 et des bornes intégrées 722. Il faut remarquer qu'avec les bornes ajoutées ou les bornes intégrées, les bornes sont soudées au PCB principale avec une cavité d'enrobage isolée. Des broches optionnelles d'entrée/sortie 624 sont également représentées. Les figures 8A et 8B représente un exemple d'un boîtier d'APM à microonduleur 800 sans filtre selon encore un autre mode de réalisation de la présente invention. Le boîtier est similaire à celui des figures 6A et 6B et 7A et 7B à l'exception du fait que la hauteur du corps est réduite par l'élimination de la carte de circuit ajoutée qui maintient par ailleurs le circuit de filtrage. En remplacement, un condensateur de bus 526 est monté au-dessous de la surface inférieure de l'embase 802, mais éloigné du dissipateur thermique 870. Bien que les figures 8A et 8B représentent des bornes de coque intégrées 822, les bornes ajoutées sont également une option. Les boîtiers d'APM des figures 6A et 6B, 7A et 7B et 8A et 8B, peuvent également être modifiés pour recevoir respectivement un clavier 612, 712 ou 812, sur la surface supérieure du PCB. Les boîtiers peuvent également recevoir un couvercle assurant un blindage EMI. Le filtrage et le boîtier de la présente invention sont conçus pour minimiser la taille des filtres et ont une architecture telle qu'un outillage et un traitement courants peuvent être utilisés à chaque fois que possible pour plus d'un mode de réalisation de l'APM. Les figures 9A et 9B représente des vues de dessus et en coupe transversale d'un mode de réalisation d'un APM de commande de moteur complet 900 avec des bornes intégrées 922 toujours selon la présente 2809231 invention. Ici, un couvercle de capot moulé 904 est représenté, comportant des connecteurs d'entrée/sortie 911, 921, une LED 913 et des orifices de mise à l'air libre 917. Les figures 10A et lOB représente un autre exemple de vue de dessus et en coupe transversale d'un APM de commande de moteur complet 901 avec des bornes fixées 982 selon un autre mode de réalisation de la présente invention. Les bornes fixées 982 remplacent les bornes intégrées 922 représentées sur les figures 9A et 9B. La figure 11 est une vue de dessus d'un autre mode de réalisation d'un APM de commande de moteur complet 1103 selon la présente invention. Dans cet exemple, des bornes intégrées 1122A et 1122B sont situées sur les extrémités opposées du boîtier. La figure 12 représente un autre exemple d'un IMS 1250 constitué de plusieurs transistors, IGBT, diodes et résistances qui sont interconnectés et également connectés de manière externe. Les figures 13A et 13B illustrent un mode de réalisation d'un module de commande de moteur de 1/2 iHP et d'un module APM de circuit de commande 1200 qui est de même selon la présente invention. Comme représentées, le module comporte un PCB de commande 1210 et contient un IMS 1250, comme représenté sur la figure 13, qui est connecté au PCB de commande. Une carte de commande 1240 peut être incluse dans le module et agencée au- dessus de la carte de circuit de commande et un autre clavier optionnel 1244 peut être inclus, et agencé au-dessus de la carte de commande. En variante, le module a une longueur étendue de façon que des circuits de commande puissent être inclus sur un PCB de commande étendu 1210A. Ici, un clavier 1244A étendu peut également être inclus dans le module et agencé au-dessus de la carte de circuit étendue. Les nouvelles caractéristiques du mode de réalisation ci-dessus de l'APM de la présente invention permettent avantageusement de fabriquer ces produits à plus faible coût. Les caractéristiques de réduction de coût principales comportent: 1) une aire de substrat d'IMS minimisée, 2) un substrat d'IMS plus mince, 3) aucune liaison par fil sur la métallisation de l'IMS, 3) toutes les pistes sur un PCB double face, 4) toutes les connexions substrat-IMS sont des liaisons par fil qui sont habituellement présentes par -16 2809231 ailleurs, 5) commande intégrée et carte de circuit imprimé à microprocesseur, 6) option coque intégrée/moulage de bornes, 7) boîtier unique pour toutes les fonctions avec enrobage pour diminuer la taille et limitation du chemin de fuite UL et 8) outillage compatible pour les produits européens et U.S. à la fois pour le micro-onduleur et les produits d'appareillage électrique. Les améliorations de ces caractéristiques vont être expliquées ci- après dans la description détaillée suivante. En se référant d'abord à la figure 18, est fournit un APM 90 selon la présente invention, décrit dans la demande de brevet U.S. en cours no 09/197 078 enregistrée le 20 novembre 1998 par les demanderesses de la présente demande et attribuée au même cessionnaire que la présente demande. La figure 18 représente un APM comportant un substrat thermiquement conducteur 22 qui est connecté thermiquement à un dissipateur thermique 21 de façon que la chaleur produite par un dispositif à semi-conducteur 23 situé sur le substrat thermiquement conducteur 22 puisse être extraite. Une coque 5 est prévue pour loger les composants du module. Une cavité 6 dans la coque permet au disp5ositif à semi-conducteur d'être connecté électriquement à un composant (non représenté) situé sur un 2 0 PCB 27, qui est monté sur la face supérieure de la coque 5 à l'aide d'un fil de liaison 40 qui s'étend à travers la cavité 6 dans la coque et une cavité 7 prévue dans le PCB 27. Cornme représenté, la cavité 7 dans le PCB et la cavité 6 dans la coque 5 coïncident de manière à permettre le passage du fil de liaison 40. Le fil de liaison 40 est connecté électriquement à une extrémité au dispositif à semi-conducteur 23 et à l'autre extrémité à un plot de liaison 55. Le plot de liaison 55 est connecté électriquement à un composant ou à un dispositif situé sur le PCB, de manière à permettre une communication électrique entre le dispositif à semi-conducteur 23 et le composant ou dispositif. Un grand nombre de plots de liaison peuvent être prévus comme nécessaire. Les plots de liaisons peuvent être disposés sur la périphérie de la cavité 7 dans le PCB 27 sur la face supérieure. Des connexions électriques multiples entre des dispositifs à semi-conducteur multiples se trouvant sur le substrat thermiquement conducteur et divers composants se trouvant sur le PCB peuvent être réalisées de la même manière, Un capot 25 est prévu sur la cavité 7 dans le PCB 27 pour :_7 2809231 enfermer un espace 8 au-dessus du substrat thermiquement conducteur. L'espace enfermé 8 contient un composé d'enrobage 50. Le module précédent a été décrit en détail dans n 09/197 078. Ce module peut être encore amélioré en réalisant le capot 25 à partir d'un matériau de blindage conducteur convenable ou en appliquant un blindage conducteur sur le capot. Le blindage conducteur réduit le bruit RFI émanant des fils de liaison. De plus, comme représenté sur la figure 18A, le dessus du capot peut être modifié pour comporter des propriétés pour supporter des condensateurs. Le mode de réalisation spécifique représenté sur la figure 18A comporte un capot 25A qui a été modifié pour assurer le support de deux condensateurs 126, 128, un premier condensateur 126 et un second condensateur 128. Les condensateurs 126, 128 sont tous deux de forme cylindrique et reposent sur leurs côtés au-dessus de la face supérieure du capot. Le premier condensateur 126 repose sur un premier plan, pouvant être sensiblement parallèle au plan du dessus du capot. Le second condensateur 128 repose sur un plateau support 166, qui supporte le second condensateur sur un second plan au-dessus et sensiblement parallèle au premier plan. Cette configuration en échelon pour positionner les condensateurs permet de prolonger une partie du second condensateur à l'extérieur du bord du capot. En outre, puisque le second condensateur est supporté au-dessus de la face supérieure du capot, une aire située sur le PCB 27 est disponible sous le plateau support 166 avec un espace vertical suffisant pour le placement de composants sur le PCB 27 comme représenté. Deux éléments d'arrêt 29, 28, un premier élément d'arrêt 29 et un second élément d'arrêt 28, constituent un support latéral de façon que les condensateurs 126, 128 ne tombent pas du capot. Le premier élément d'arrêt 29 empêche le premier condensateur 128 de glisser ou de tomber d'un bord du capot; tandis que le second élément d'arrêt 28 empêche le second condensateur 126 de glisser ou de tomber d'un bord opposé du capot. Le plateau support 166, les deux éléments d'arrêt 28, 29 et le capot sont de configuration unitaire et sont faits d'un polymère de caractéristiques mécaniques, électriques et thermiques convenables. 18 2809231 Bien que les caractéristiques des modes de réalisation d'APM précédents fournissent des résultats avantageux comme entièrement détaillé dans la demande n 09/197 078 ainsi que ceux décrits dans la présente demande, des modifications de ce mode de réalisation procurent d'autres caractéristiques avantageuses comme décrit ci-après. En se référant maintenant à la figure 14, est représenté un FPA selon la présente invention. Le FPA comporte un dispositif parmi une pluralité de dispositifs à semiconducteur 23 montés au-dessus d'un substrat thermiquement conducteur 22. Le substrat thermiquement conducteur 22 est directement fixé à un dissipateur thermique 21. Un PCB 27 est prévu au-dessus du substrat thermiquement conducteur 22. Le PCB 27 comporte une cavité 10, qui est positionnée au-dessus du substrat thermiquement conducteur 22. Les bords externes de la face supérieure du substrat thermiquement conducteur 22 sont fixés par un ruban adhésif double face 43 ou d'autres moyens convenables sur la face inférieure du PCB 27, sur les bords inférieurs de la cavité 10 de façon que la cavité 10 soit fermée par le substrat thermiquement conducteur 22. Un plot de liaison 55 est disposé sur la périphérie de la cavité sur la face supérieure du PCB 27 et est connecté à au moins un dispositif (non représenté) sur le PCB 27. Le fil de liaison 40 connecte électriquement le dispositif à semi-conducteur 23 au plot de liaison 55, de manière à mettre le dispositif à semi-conducteur en communication électrique avec le dispositif situé sur le PCB. Est également représenté un autre dispositif à semi- 2 5 conducteur 24 qui est en comununication électrique avec un dispositif (non représenté) sur le PCB 27 par un fil de liaison 41 qui est électriquement connecté à un autre plot de liaison 56. Un capot moulé 25 est placé sur la cavité 10 dans le PCB 27 pour enfermer un espace sur les dispositifs à semi-conducteur apparents. Un composé d'enrobage 50 est contenu dans l'espace. Un PCB monté verticalement 42, 44, constitue un support pour le PCB 27 tandis qu'une vis 45 ou d'autres moyens de montage appropriés tels qu'un clip, fixent le PCB 27 sur le dissipateur thermique 21. Le FPA de la figure 14 élimine la nécessité d'une coque complexe robuste, éliminant ainsi le coût associé à l'inclusion de telles 19 2809231 coques dans la fabrication de ces modules. En remplacement, un capot de coque fait d'un matériau plus économique peut être utilisé. Le capot moulé peut également être fabriqué à partir d'un matériau de faible solidité, de faible grade de température, pour réduire encore le coût de fabrication. De façon avantageuse, le FPA de la figure 14 nécessite également des fils de liaison plus courts, ce qui entraîne des liaisons électriques plus fiables et plus faciles à fabriquer entre les dispositifs à semiconducteur et le PCB. Des fils de liaison plus courts réduisent également l'énergie RFI rayonnée émanant des fils de liaison. En outre, l'utilisation de ruban adhésif double face 43 entre le PCB et le substrat thermiquement conducteur peut assurer une isolation convenable pour les FPA destinés à des applications de haute tension (> 42 V) pour satisfaire aux exigences de chemin de fuite UL. Sur la figure 15, un autre mode de réalisation d'un FPA 70 selon la présente invention est représenté. Dans ce mode de réalisation, un dissipateur thermique 26 comporte une partie surélevée, qui constitue une plate-forme sous le substrat thermiquement conducteur 22. La plate-forme peut être réalisée sur un dissipateur thermique de base par uné manière parmi un grand nombre de manières telles que l'extrusion, l'insertion d'un métal supplémentaire, l'emboutissage ou l'estampage. En fournissant la plate-forme, le PCB 27 est plus éloigné du dissipateur thermique, il n'est ainsi pas chauffé par le dissipateur thermique. Le revêtement du dissipateur thermique par un dépôt thermiquement non-conducteur empêche également le dissipateur thermique de chauffer le PCB. De plus, l'application d'un revêtement électriquement isolant 26A appliqué ou collé au dissipateur thermique peut éviter des problèmes de sécurité. Le mode de réalisation de la présente invention tel que représenté sur la figure 15 est particulièrement utile lorsque des exigences de sécurité (telles que des exigences UL et VDL) imposent une quantité minimale pour les distances de rencontre et de chemin de fuite ne pouvant pas utiliser la structure qui est représentée dans le mode de réalisation indiqué sur la figure 14. Un autre aspect avantageux du FPA représenté sur la figure 15 est la réduction de la longueur de la distance de liaison car la face supérieure du substrat et plus proche de la face supérieure du PCB, cette 2809231 réduction comme expliqué précédemment, réduisant la quantité de RFI. Comme autre résultat de la proximité entre la face supérieure du substrat et la face supérieure du PCB, le volume de l'espace créé par le capot moulé est réduit, nécessitant ainsi moins de composé d'enrobage, ce qui diminue également le coût de fabrication du FPA. Un autre mode de réalisation d'un FPA 80 selon la présente invention est représenté sur la figure 16. Il est représenté un FPA comportant un dissipateur thermique 26 possédant une plate-forme sous un substrat thermiquement conducteur 22. Un plot de contact électrique 71, 71A est prévu sur le substrat, qui est en communication électrique avec un dispositif à semi-conducteur 23 par l'intermédiaire d'un fil de liaison 40. Le fil de liaison peut être électriquement connecté à un plot de liaison électrique se trouvant sur le substrat 22, qui est électriquement connecté au plot de contact électrique 71. Un autre plot de contact électrique 70, 70A est prévu sur le PCB 27, ce contact étant connecte électriquement à un autre dispositif (non représenté) sur le PCB 27. Le plot de contact électrique 70, A sur le PCB et le plot de contact électrique 71, 71A sur le substrat thermiquement conducteur sont en contact de manière à constituer une communication électrique entre un dispositif à semi-conducteur 23 et un dispositif (non représenté) situé sur le PCB 27. Cette configuration autorise de façon avantageuse le test des dispositifs à semi-conducteur avant montage, réduisant ainsi le nombre de produits rejetés pendant la * fabrication, ce qui fournit également des économies de coût. La figure 17 illustre encore un autre mode de réalisation d'un FPA 90 selon la présente invention. Dans ce mode de réalisation, un PCB 27A est positionné au-dessus et séparé d'un substrat thermiquement conducteur 22. Aucune cavité n'est prévue dans le PCB 27A. Des moyens de fermeture 20 sont logés entre la face inférieure du PCB 27A et la face supérieure du substrat thermiquement conducteur 22. Les moyens de fermeture 20 enferment un espace au-dessus du substrat thermiquement conducteur 22, cet espace contenant un composé d'enrobage convenable 50. Il est également prévu une traversée 30 ou une pluralité de traversées dans les moyens de fermeture 20 pour connecter électriquement un dispositif 15 à un dispositif à semi-conducteur 23 situé sur le substrat thermiquement conducteur 22. Les moyens de fermeture sont faits d'un matériau isolant 21 2809231 convenable. Un fil de liaison 40 qui est électriquement connecté au dispositif à semi-conducteur 23 à une extrémité et en communication électrique avec une traversée, par exemple la traversée 30, à l'autre extrémité, fournit ainsi une communication électrique entre le dispositif à semi-conducteur 23 et le dispositif 15 ou les autres dispositifs situés sur le PCB 27A. Le mode de réalisation de la présente invention selon la figure 17 élimine la nécessité d'un capot moulé. De façon avantageuse, l'élimination de la cavité du PCB fournit une surface supérieure sur le PCB pour le 1 0 montage de dispositifs ou de composants, permettant ainsi de construire des modules plus petits selon la présente invention. Bien que la présente invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisation particuliers de celle-ci, un grand nombre d'autres variantes et modifications et d'autres utilisations apparaîtront à l'homme du métier. En conséquence il est préféré que la présente invention soit limitée, non par la présente description spécifique, mais seulement par les revendications jointes. REVENDICATIONS 1. Module de dispositif à semi-conducteur comprenant: un dissipateur thermique (21) ayant une surface supérieure et une surface inférieure; un substrat plan thermiquement conducteur (22) ayant une surface supérieure et une surface inférieure connectée thermiquement à ladite surface supérieure dudit dissipateur thermique; au moins un dispositif à semiconducteur monté sur ladite surface supérieure dudit substrat thermiquement conducteur; au moins une carte de circuit (27A) ayant une surface inférieure et une surface supérieure, agencée au-dessus et séparée de ladite surface supérieure dudit substrat thermiquement conducteur (22); des moyens de fermeture (20) disposés entre ladite surface supérieure dudit substrat thermiquement conducteur (22) et ladite surface inférieure de ladite carte de circuit (27A) pour définir un espace entre ledit substrat thermiquement conducteur (22) et ladite partie inférieure de ladite carte de circuit (27A) au moins une traversée (30) pour fournir une communication 2 électrique dudit dispositif à semi-conducteur vers ledit dessus de ladite carte de circuit; et au moins un autre dispositif (15) monté sur ladite surface supérieure de ladite carte de circuit et électriquement connecté à ladite traversée. 2 5 2. Module de dispositif à semi-conducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite carte de circuit (27A) est montée sur ladite surface supérieure dudit dissipateur thermique (21). 3. Module de dispositif à semi-conducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite carte de circuit est supportée sur ladite surface supérieure dudit dissipateur thermique par au moins une carte de circuit verticale (44) et montée sur ledit dissipateur thermique par au moins une vis (45). 4. Module de dispositif à semi-conducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace entre ledit substrat thermiquement 23 2809231 conducteur et ladite partie inférieure de ladite carte de circuit contient un matériau d'enrobage (50). 5. Module de dispositif à semi-conducteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit matériau d'enrobage est un gel. 6. Module de dispositif à semi-conducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit substrat thermiquement conducteur est un substrat métallique isolé. 7. Module de dispositif à semi-conducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un fil de liaison (40) connectant électriquement ledit dispositif à semi-conducteur à ladite traversée.