Brevet FR2813438A1 — publié le 20020301

MODULE DE PUISSANCE A SEMICONDUCTEUR La présente invention concerne un module de puissance dans lequel un dispositif à semiconducteur de commutation de puissance est monté sur un motif de circuit formé sur une face avant principale d'un substrat isolant de puissance, une face arrière principale du substrat isolant de puissance est fixée sur une face supérieure principale d'une plaque de base, un bord périphérique extérieur de la plaque de base est fixé à un bord ouvert d'une extrémité d'un boîtier cylindrique, et un subs- trat de commande sur lequel sont montés des composants de commande comprenant un dispositif à semiconducteur de commande pour comman- der le dispositif à semiconducteur de commutation de puissance, est dis- posé dans le boîtier en étant placé face au substrat isolant de puissance avec un espace formé entre eux, et elle concerne plus particulièrement un perfectionnement de blindage électromagnétique sur un tel substrat de commande. A titre de module de puissance de l'art antérieur de cette sorte, on décrira un module de puissance pour une automobile en se référant à la figure 4. En se référant à la figure, on note que la référence 1 désigne un boîtier cylindrique qui a une ouverture à chacune des extrémités, et la référence 2 désigne une plaque de base conductrice qui est constituée par une plaque de cuivre, et qui est fixée à un bord périphérique exté- rieur sur l'extrémité inférieure du boîtier 1, de façon à fermer l'ouverture d'extrémité inférieure du boîtier 1. La référence 3 désigne un substrat isolant de puissance sur lequel un motif de circuit 3a est formé sur la face avant principale, et la face arrière principale est fixée sur la face supérieure principale de la plaque de base conductrice 2, la référence 4 désigne un dispositif à semiconducteur de commutation de puissance qui est monté sur le motif de circuit 3a, et la référence 5 désigne des bornes de puissance externes qui sont introduites dans le boîtier 1, et une ex- trémité de chacune d'elles forme une face à nu 5a du côté intérieur d'une partie d'extrémité inférieure du boîtier 1. La référence 6 désigne des fils de connexion au moyen desquels des électrodes (non représentées) du dispositif à semiconducteur de commutation de puissance 4 sont con- nectées électriquement, par exemple par l'intermédiaire du motif de cir- cuit 3a, aux faces à nu 5a des bornes de puissance externes 5. La référence 7 désigne un substrat de commande dans lequel des composants de commande 8, tel qu'un dispositif à semiconducteur de commande pour commander le dispositif à semiconducteur de commuta- tion de puissance 4, sont montés sur la face avant principale du substrat de commande 7. Une plaque de blindage électromagnétique 9 est formée en une seule pièce sur la face arrière principale de façon à blinder les composants de commande 8 vis-à-vis d'ondes électromagnétiques émises par le dispositif à semiconducteur de commutation de puissance 4. La référence 10 désigne des bornes relais par l'intermédiaire desquelles un signal de commande provenant du substrat de commande 7 est transmis au dispositif à semiconducteur de commutation de puis- sance 4. La référence 11 désigne un faisceau de fils comprenant un fil de masse (non représenté) par l'intermédiaire duquel la plaque de blin- dage électromagnétique 9 est connectée électriquement à une masse du châssis d'une automobile, et des fils (non représentés) pour des signaux d'entrée/sortie du substrat de commande. La référence 12 désigne une résine semblable à un gel qui est introduite dans le boîtier 1 de façon à recouvrir la face avant principale du substrat isolant de puissance, le dispositif à semiconducteur de com- mutation de puissance 4 et les fils de connexion 6, et la référence 13 dé- signe un couvercle consistant en une résine qui couvre l'autre ouverture d'extrémité du boîtier 1. La référence 14 désigne un radiateur qui est fixé sur la face principale inférieure de la plaque de base conductrice 2, et qui est mis à la masse. On décrira ensuite le fonctionnement du module de puissance de l'art antérieur ayant cette configuration. Lorsqu'un signal de commande qui est appliqué au substrat de commande 7 par l'intermédiaire du faisceau de fils 11 est activé ou dés- activé, le dispositif à semiconducteur de commutation de puissance 4 est également placé à l'état conducteur ou bloqué, de façon que la puissance qui est fournie à une charge par l'intermédiaire des bornes de puissance externes 5 soit établie ou interrompue, ou par exemple qu'une commande MIL soit effectuée. Un signal de commande prédéterminé est émis par l'intermédiaire du faisceau de fils 11. Lorsque le dispositif à semiconducteur de commutation de puis- sance 4 est commuté à l'état conducteur ou bloqué, des ondes électro- magnétiques sont générées. Les ondes électromagnétiques sont dissi- pées vers la masse correspondant au châssis de l'automobile par l'inter- médiaire de la plaque de blindage électromagnétique 9 et du faisceau de fils 11. Par conséquent, il est possible d'éviter un fonctionnement défec- tueux des composants de commande 8, tels que le dispositif à semicon- ducteur de commande, montés sur le substrat de commande 7, à cause des ondes électromagnétiques générées par le dispositif à semiconduc- teur de commutation de puissance 4. Cependant, contrairement au cas de la face arrière principale du substrat de commande 7, une plaque de blindage électromagnétique ne peut pas être disposée sur la face avant principale du substrat de commande 7, du fait que les composants de commande 8 sont montés sur la face avant principale. Il en résulte que les composants de com- mande 8, tels que le dispositif à semiconducteur de commande, montés sur le substrat de commande 7, présentent quelquefois un fonctionne- ment défectueux sous l'effet d'ondes électromagnétiques externes. Du fait qu'on utilise le faisceau de fils 11, I'inductance du fais- ceau de fils 11 réduit l'effet de blindage électromagnétique contre les ondes électromagnétiques, ce qui occasionne quelquefois un fonctionne- ment défectueux des composants de commande 8, tels que le dispositif à semiconducteur de commande, montés sur le substrat de commande 7. Dans un module de puissance de l'art antérieur de cette sorte, il est possible d'éviter un fonctionnement défectueux de composants de commande, tels qu'un dispositif à semiconducteur de commande, montés sur un substrat de commande, sous l'effet d'ondes électromagnétiques générées par un dispositif à semiconducteur de commutation de puis- sance incorporé. Cependant, de tels composants de commande ne sont pas blindés vis-à-vis d'ondes électromagnétiques externes, et par consé- quent il y a un problème consistant en ce que les composants de com- mande fonctionnent quelquefois de façon incorrecte, et par conséquent la fiabilité du module de puissance est faible. L'invention a été faite en considérant les circonstances de l'art antérieur, envisagées ci-dessus. Un but de l'invention est de procurer un module de puissance qui ne présente pas un fonctionnement défectueux sous l'effet d'ondes électromagnétiques, et qui a donc une fiabilité éle- vée. Un autre but de l'invention est de procurer un module de puis- sance qui ne présente pas un fonctionnement défectueux sous l'effet d'ondes électromagnétiques externes, qui a donc une fiabilité élevée, et qui a une taille réduite. Un but supplémentaire de l'invention est de procurer un module de puissance économique qui ne présente pas de fonctionnement défec- tueux sous l'effet d'ondes électromagnétiques externes, et qui a donc une fiabilité élevée. Le module de puissance de l'invention est un module de puis- sance caractérisé en ce qu'un élément de blindage électromagnétique, pour blinder un substrat de commande vis-à-vis d'ondes électromagnéti- ques, est disposé dans un boîtier, et l'élément de blindage électroma- gnétique est connecté électriquement à une plaque de base conductrice. Des faces principales avant et arrière du substrat de commande peuvent être recouvertes avec l'élément de blindage électromagnétique. Des composants de commande peuvent être montés à la fois sur les faces principales avant et arrière du substrat de commande. La plaque de base conductrice et l'élément de blindage élec- tromagnétique peuvent être connectés électriquement l'un à l'autre par un élément de connexion conducteur qui est rigide, et le substrat de commande et l'élément de blindage électromagnétique peuvent être sup- portés par l'élément de connexion conducteur. L'élément de connexion conducteur peut être inséré dans le boîtier. Les composants de commande peuvent être montés sur une face avant principale du substrat de commande, et un élément de blin- dage électromagnétique en forme de plaque est disposé en une seule pièce sur une face arrière principale du substrat de commande qui fait face à un substrat isolant de puissance. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La suite de la des- cription se réfère aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est une coupe longitudinale montrant un Mode de Réalisation 1 de l'invention. La figure 2 est une coupe longitudinale montrant un Mode de Réalisation 2 de l'invention. La figure 3 est une coupe longitudinale montrant un Mode de Réalisation 3 de l'invention. La figure 4 est une coupe longitudinale d'un module de puis- sance de l'art antérieur. Mode de Réalisation 1 On décrira le mode de réalisation 1 de l'invention en se référant à la figure 1. En se référant à la figure, on note que la référence 15 dési- gne un élément de connexion conducteur qui est introduit dans le boîtier 1, et par l'intermédiaire duquel la plaque de base conductrice 2 et la pla- que de blindage électromagnétique 9 sont connectées électriquement l'une à l'autre. En vissant une vis 16 dans un filetage qui est formé dans une partie d'extrémité inférieure de l'élément de connexion conducteur, l'élément de connexion conducteur 15 est connecté électriquement et mécaniquement à la plaque de base conductrice 2, et en vissant une vis 17 dans un filetage qui est formé dans une partie d'extrémité supérieure de l'élément de connexion conducteur 15, la plaque de blindage électro- magnétique 9 est connectée électriquement à la plaque de base conduc- trice 2 et le substrat de commande 7 est supporté. Les autres compo- sants qui sont désignés par les mêmes références numériques que ceux de la figure 4 ont la même configuration, et leur description est donc omise. Dans cette configuration, des ondes électromagnétiques qui sont émises vers le substrat de commande 7 pendant une opération de commutation du dispositif à semiconducteur de commutation de puis- sance 4 sont dissipées, par l'intermédiaire de l'élément de connexion conducteur 15, vers le radiateur 14 qui est blindé par la plaque de blin- dage électromagnétique et mis à la masse. Par conséquent, on peut évi- ter un fonctionnement défectueux des composants de commande 8, comme le dispositif à semiconducteur de commande, qui sont montés sur le substrat de commande 7. Contrairement à un module de puissance de l'art antérieur, on emploie la structure dans laquelle le faisceau de fils 11 n'est pas utilisé pour la connexion à la masse de châssis, et par conséquent il est possi- ble d'éliminer l'inconvénient consistant en ce que l'effet de blindage vis- à-vis d'ondes électromagnétiques est réduit par l'inductance du faisceau de fils 11. Mode de Réalisation 2 On décrira le mode de réalisation 2 de l'invention en se référant à la figure 2. En se référant à la figure, on note que la référence 18 dési- gne un substrat de commande qui correspond au substrat de commande 7 du mode de réalisation 1. Les composants de commande 8 sont montés sur des motifs de circuit qui sont formés respectivement sur les faces principales avant et arrière du substrat de commande 18. La référence 19 désigne un élément de blindage électromagné- tique conducteur formant une cavité, qui est disposé de façon à couvrir les composants de commande 8 montés sur la face arrière principale du substrat de commande 18. L'élément de blindage est fixé avec le substrat de commande 18 à une extrémité supérieure de l'élément de connexion conducteur 15 par la vis 17, et il est connecté électriquement à la plaque de base conductrice 2 et au radiateur 14 par l'intermédiaire de la vis 17, de l'élément de connexion conducteur 15 et de la vis 16. En tant que module de puissance, le mode de réalisation 2 qui a la configuration décrite ci-dessus fonctionne de la même manière que le mode de réalisation 1, et par conséquent la description du fonctionne- ment est omise. Des ondes électromagnétiques qui sont émises vers le substrat de commande 18 à partir du dispositif à semiconducteur de commutation de puissance 4 sont dissipées vers le radiateur 14, qui est mis à la masse, par l'intermédiaire de l'élément de blindage électroma- gnétique conducteur 19, de la vis 17, de l'élément de connexion conduc- teur 15, de la vis 16 et de la plaque de base conductrice 2. Par consé- quent, de la même manière que dans le mode de réalisation 1, on peut éviter un fonctionnement défectueux des composants de commande 8, tels que le dispositif à semiconducteur de commande, qui sont montés sur le substrat de commande 18. Dans le mode de réalisation 2, du fait que les composants de commande 8 sont montés à la fois sur les faces principales avant et ar- rière du substrat de commande 18, les dimensions du substrat de com- mande 18, en vue en plan, peuvent être réduites, ce qui permet de par- venir à une miniaturisation du module de puissance et une réduction du coût de fabrication. Mode de Réalisation 3 On décrira le mode de réalisation 3 de l'invention en se référant à la figure 3. En se référant à la figure, on note que la référence 20 dési- gne un élément de blindage électromagnétique conducteur formant une cavité, qui est disposé de façon à couvrir les composants de commande 8 montés sur la face avant principale du substrat de commande 18, en plus de la configuration du mode de réalisation 2. L'élément de blindage élec- tromagnétique 20 est fixé conjointement au substrat de commande 18 sur l'extrémité supérieure de l'élément de connexion conducteur 15 par la vis 17, et il est connecté électriquement à la plaque de base conductrice 2 et au radiateur 14 par l'intermédiaire de la vis 17, de l'élément de connexion conducteur 15 et de la vis 16. En tant que module de puissance, le mode de réalisation 3 qui a la configuration décrite ci-dessus fonctionne de la même manière que les modes de réalisation 1 et 2, et par conséquent la description du fonc- tionnement est omise. Des ondes électromagnétiques qui sont émises vers le substrat de commande 18 à partir du dispositif à semiconducteur de commutation de puissance 4 sont dissipées vers le radiateur 14, qui est mis à la masse, par l'intermédiaire de l'élément de blindage électro- magnétique 19, de la vis 17, de l'élément de connexion conducteur 15, de la vis 16 et de la plaque de base conductrice 2. En outre, des ondes électromagnétiques externes qui sont émises vers la face avant princi- pale du substrat de commande 18 sont dissipées vers le radiateur 14, qui est mis à la masse, par l'intermédiaire de l'élément de blindage électro- magnétique 20, de la vis 17, de l'élément de connexion conducteur 15, de la vis 16 et de la plaque de base conductrice 2. Par conséquent, on peut éviter un fonctionnement défectueux des composants de commande 8, tels que le dispositif à semiconducteur de commande, qui sont montés sur le substrat de commande 18. Dans le mode de réalisation 3, du fait que les composants de commande 8 sont montés à la fois sur les faces principales avant et ar- rière du substrat de commande 18, il est possible de réduire des dimen- sions du substrat de commande 18 dans une vue en plan, ce qui permet de parvenir à la miniaturisation du module de puissance et à la réduction du coût de fabrication, de la même manière que dans le mode de réalisa- tion 2. Même lorsque les composants de commande 8 sont montés sur les deux faces principales du substrat de commande 18, la disposition de l'élément de blindage électromagnétique 20 permet de blinder les compo- sants de commande 8 vis-à-vis d'ondes électromagnétiques. Dans les modes de réalisation 1 à 3, on a décrit à titre d'exem- pie la structure dans laquelle l'élément de blindage électromagnétique 9, 19 ou 20 est connecté électriquement à la plaque de base conductrice 2 par l'intermédiaire de l'élément de connexion conducteur 15 et des vis 16 et 17. Il est évident que l'invention n'est pas restreinte à cette structure. L'invention qui a la configuration décrite ci-dessus permet d'obtenir les effets suivants. Selon le premier aspect de l'invention, un dispositif à semicon- ducteur de commutation de puissance est monté sur un motif de circuit formé sur une face avant principale d'un substrat isolant de puissance, une face arrière principale du substrat isolant de puissance est fixée sur une face supérieure principale d'une plaque de base conductrice, un bord périphérique extérieur de la plaque de base conductrice est fixé à un bord ouvert d'une extrémité d'un boîtier cylindrique, et un substrat de commande sur lequel sont montés des composants de commande com- prenant un dispositif à semiconducteur de commande pour commander le dispositif à semiconducteur de commutation de puissance, est disposé dans le boîtier, en faisant face au substrat isolant de puissance avec un espace formé entre eux, et un élément de blindage électromagnétique pour blinder le substrat de commande vis-à-vis d'ondes électromagnéti- ques est incorporé, et l'élément de blindage électromagnétique est con- necté électriquement à la plaque de base conductrice. Par conséquent, l'invention arrive à des effets consistant en ce qu'il est possible d'empê- cher un fonctionnement défectueux des composants de commande mon- tés sur le substrat de commande, sous l'action d'ondes électromagnéti- ques générées par le dispositif à semiconducteur de commutation de puissance, et consistant également dans la possibilité de résoudre le problème qui est que dans un module de puissance de l'art antérieur uti- lisant un faisceau de fils, I'inductance du faisceau de fils réduit l'effet du blindage électromagnétique vis-à-vis d'ondes électromagnétiques. Selon le second aspect de l'invention, les faces principales avant et arrière du substrat de commande sont couvertes par l'élément de blindage électromagnétique. Par conséquent, I'invention arrive à un effet consistant à procurer un module de puissance dans lequel des compo- sants internes peuvent être blindés non seulement vis-à-vis d'ondes électromagnétiques générées par le dispositif à semiconducteur de com- mutation de puissance, c'est-à-dire des bruits internes, mais également vis-à-vis d'ondes électromagnétiques émises vers la face avant principale du substrat de commande, c'est-à-dire des bruits externes. Selon le troisième aspect de l'invention, des composants de commande sont montés à la fois sur les faces principales avant et arrière du substrat de commande. Par conséquent, I'invention arrive à un effet consistant en ce qu'il est possible de réduire l'aire de la face principale du substrat de commande, avec pour résultat la possibilité de miniaturi- ser le module de puissance. Selon le quatrième aspect de l'invention, la plaque de base conductrice et l'élément de blindage électromagnétique sont connectés électriquement l'un à l'autre par un élément de connexion conducteur qui est rigide, et le substrat de commande et l'élément de blindage électro- magnétique sont supportés par l'élément de connexion conducteur. Par conséquent, I'invention arrive à un effet consistant à procurer un module de puissance dans lequel la structure pour connecter l'un à l'autre la pla- que de base conductrice et l'élément de blindage électromagnétique, et la structure pour supporter le substrat de commande, sont simplifiées, et l'aptitude à l'assemblage, c'est-à-dire la productivité, est excellente, et le module de puissance est donc économique. Selon le cinquième aspect de l'invention, l'élément de con- nexion conducteur est inséré dans le boîtier. Par conséquent, l'invention arrive à un effet consistant à procurer un module de puissance dans le- quel il n'est pas nécessaire de supporter spécialement l'élément de con- nexion conducteur, et l'aptitude à l'assemblage, c'est-à-dire la producti- vite, est excellente. Selon le sixième aspect de l'invention, les composants de com- mande sont montés sur une face avant principale du substrat de com- mande, et un élément de blindage électromagnétique semblable à une plaque est disposé en une seule pièce sur une face arrière principale du substrat de commande qui fait face au substrat isolant de puissance. Par conséquent, l'invention arrive à un effet consistant dans la possibilité de réduire un espace dans une direction de l'épaisseur qui est occupé par le substrat de commande et les composants de commande montés sur le substrat de commande, ce qui permet de rendre le module plus mince. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être ap- portées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'inven- tion. REVENDICATIONS 1. Module de puissance, caractérisé en ce qu'il comprend: un boîtier cylindrique (1) ayant un bord ouvert à une extrémité; une plaque de base conductrice (2) ayant un bord périphérique extérieur fixé au bord ouvert du boîtier cylindrique; un substrat isolant (3) ayant une face avant incluant un motif de circuit et une face arrière fixée à une face supé- rieure de la plaque de base conductrice (2); un dispositif à semiconduc- teur de commutation (4) monté sur le motif de circuit du substrat isolant (3); un substrat de commande (7, 18) ayant une face avant et une face arrière, le substrat de commande (7, 18) étant disposé dans le boîtier cy- lindrique (1) de façon que la face arrière soit disposée face au substrat isolant de puissance (3) avec un espace entre eux; un composant de commande (8) adapté pour commander le dispositif à semiconducteur de commutation (4), le composant de commande étant monté sur le substrat de commande (7, 18); et un élément de blindage (9, 19, 20) adapté pour blinder le substrat de commande (7, 18) vis-à-vis d'une onde électroma- gnétique, l'élément de blindage (9, 19, 20) étant connecté électriquement à la plaque de base conductrice (2). 2. Module de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce que les faces avant et arrière du substrat de commande (18) sont cou- vertes par l'élément de blindage (19, 20). 3. Module de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant de commande (8) est monté à la fois sur les faces avant et arrière du substrat de commande (18). 4. Module de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre.un élément de connexion conducteur (15) qui est rigide, I'élément de connexion conducteur connectant électriquement la plaque de base conductrice (2) à l'élément de blindage (9, 19, 20), l'élément de connexion conducteur (15) supportant le substrat de com- mande (7, 18) et l'élément de blindage (9, 19, 20). 5. Module de puissance selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément de connexion conducteur (15) est inséré dans le boîtier cylindrique (1). 6. Module de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant de commande (8) est monté sur la face avant du substrat de commande (7); et l'élément de blindage (9) ayant une forme de plaque est disposé sur la face arrière du substrat de commande (7) de façon à ne faire qu'une seule pièce.