Brevet FR3052295A1 — publié le 20171208

Procédé de traitement d'un matériau électriquement isolant lui conférant des propriétés de gradation de champ électrique auto-adaptatives pour composants électriques 1. DOMAINE DE L'INVENTION L'invention s'inscrit dans le domaine des matériaux isolants électriques pour composants électriques. Plus précisément, l'invention concerne une technique de traitement d'un matériau de protection électriquement isolant destiné à recouvrir un composant électrique à isoler. L'invention s'applique notamment, mais non exclusivement, aux systèmes d'électronique, d'électronique de puissance ou d'électrotechnique destinés à la conversion, au transport de l'énergie électrique haute tension ou aux composants électriques embarqués (tels que les convertisseurs de puissance, les transformateurs haute tension, les commutateurs à gaz isolant, les connecteurs haute tension, les éléments pour la transmission en haute tension, les câbles haute tension que ce soit en DC (« Direct Current ») ou AC (« Alternative Current »), les bus-bars, par exemple). Le terme « composant électrique » dans ce document doit être interprété au sens large et peut correspondre aussi bien à un module électrique ou électronique, un circuit électrique ou électronique, un circuit imprimé de type PCB, une carte électrique ou électronique, un composant électronique, un connecteur électrique, un câble électrique, etc. Plus généralement, l'invention peut s'appliquer à tout élément à fonctionnalité électrique ou électronique doté de contacts électriques destiné à être recouvert par un isolant électrique. 2. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE On s'attache plus particulièrement dans la suite de ce document à décrire la problématique existant dans le domaine de l'électronique de puissance, à laquelle ont été confrontés les inventeurs. L'invention ne se limite bien sûr pas à ce domaine particulier d'application, mais présente un intérêt pour toute technique de protection électrique (encapsulation, passivation, tropicalisation, émaillage, imprégnation, moulage, etc.) devant faire face à une problématique proche ou similaire. 3052295 2 L'isolation électrique est un élément critique dans les dispositifs fonctionnant sous haute tension. La durée de vie d'un composant électrique étant souvent liée à la durée de vie de son isolation, des recherches ont été menées ces dernières années pour comprendre les causes de dégradation et de vieillissement des matériaux utilisés comme isolants 5 électriques solides, et en particulier dans les modules d'électronique de puissance. Ces derniers fonctionnant sous haute tension sont soumis en effet à de fortes contraintes électriques, pouvant conduire à l'apparition de renforcements de champ électrique dans le matériau isolant (i.e. zones singulières à proximité des éléments conducteurs autour desquelles le champ électrique est plus intense). Ces renforcements de champ sont -sous 10 conditions que certains niveaux de tension soient atteints- sources de décharges partielles, détériorant le composant au fur et à mesure de son utilisation, voire de claquage électrique. Ceci est d'autant plus remarquable que les matériaux isolants utilisés dans les composants de puissance actuels endurent des contraintes pour lesquels ils n'ont pas été 15 forcément dimensionnés. En effet, la montée en tension de fonctionnement combinée à la forte augmentation de l'intégration de l'électronique dans les systèmes embarqués notamment, conduit à une augmentation de la densité de puissance. De ce fait, le niveau de contraintes électriques à endurer pour les matériaux isolants se trouve démultiplié. Une solution pour garantir une meilleure tenue en tension consisterait à 20 surdimensionner les éléments constitutifs des composants électriques, mais cette démarche n'est évidemment pas compatible avec une recherche d'optimisation d'intégration. Un composant fréquemment utilisé dans les systèmes de conversion d'énergie pour le transport ferroviaire par exemple, est le module de puissance à puces IGBT (pour 25 « Insulated Gate Bipolar Transistor » ou transistors bipolaire à grille isolée), comme illustré sur la figure 1. Sa structure est constituée d'un empilement de différents éléments. Une ou plusieurs puces IGBT 1 sont brasées sur un substrat isolant 2 comprenant une couche électriquement isolante 21 (à base d'un matériau céramique) laquelle est recouverte sur ses faces inférieure et supérieure d'un contact électrique métallique 22 et 23 30 (métallisation). Le substrat 2 est un substrat céramique métallisé appelé DBC (pour « Direct Bonding Copper ») ou AMB (pour «Active Metal Brazing ») du fait du procédé par lequel il 3052295 3 est obtenu. Dans le cas le plus courant, ce dernier est disposé sur un support 5 en cuivre ou en AISiC. Les différents éléments du module sont assemblés et recouverts d'une couche de matériau électriquement isolant 3 (encapsulant), puis enfermés dans un boîtier plastique 6. Le module est ensuite fixé à un système de refroidissement face inférieure du module (non 5 représenté), afin de dissiper la chaleur produite en fonctionnement, puis relié par des conducteurs au reste du circuit électrique (actionneurs, sources, etc.). Une des principales causes de défaillance d'un point de vue électrique de ce type de composant réside dans la rupture de l'isolation électrique au niveau du point triple céramique/métal/isolant, comme illustré sur la figure 2 (point triple noté A) correspondant 10 à l'interface de trois milieux de permittivités différentes, et au niveau de la pointe du contact électrique 22 (référencé B) à l'interface métal/isolant (on parle dans ce cas d'« effet de pointe »). Ces points sensibles sont liés principalement à la géométrie des contacts qui sont obtenus après gravure et provoquent une non-uniformité du champ électrique dans le matériau d'encapsulation. Un renforcement de champ électrique localisé 15 dans l'isolant au voisinage de ces points sensibles peut conduire à la formation de décharges électriques partielles, se manifestant parfois sous la forme d'arborescences électriques, dont la répétition dégrade le matériau d'encapsulation 3, entraînant un vieillissement prématuré du module, ainsi que des problèmes de fiabilité, ou une limitation de la tenue en tension. 20 Dans une optique de montée en tension et/ou d'intégration de l'électronique de puissance tout en conservant des contraintes de tensions élevées, une solution connue, décrite dans le document de brevet WO 2015/074431, et illustrée sur la figure 3, consiste à déposer une couche mince de vernis serai-résistif 4 à base de silicium amorphe hydrogéné sur la couche de céramique 21 à l'interface avec le matériau d'encapsulation 3 depuis le 25 contact électrique supérieur 22 jusqu'au contact électrique inférieur 23. Cette couche de vernis serai-résistif 4 permet de réduire le risque de décharges partielles situées autour des contacts électriques. Toutefois, une telle solution nécessite l'utilisation d'un équipement de dépôt par plasma qui est coûteux et difficilement industrialisable. De plus, le masquage de certains éléments sensibles au sein de la structure est relativement complexe au vu de 30 la variation des éléments structurels qui peuvent le composer. 3052295 4 Une autre solution connue, décrite dans la publication scientifique de N. Hayakawa, et Al., 2012, intitulée « Fabrication Technique of Permittivity Graded Materials (FGM) for Disk-Type Solid Insulator, Proceedings of the CEIDP », repose sur la réalisation d'un matériau gradateur de potentiel (ou gradateur de champ électrique) en tant que matériau 5 d'encapsulation électriquement isolant pour composants électroniques. La gradation de potentiel est effectuée par un matériau à gradient de permittivité. Celui-ci est un composite à base d'une matrice polymère chargée en particules de tailles différentes. Ce composite, avant d'être durci, est soumis à une force centrifuge de façon à provoquer le déplacement des particules dans la matrice polymère pour obtenir un certain profil de 10 permittivité en fonction de la distribution spatiale des particules. Toutefois, cette solution présente un certain nombre d'inconvénients. Du fait de la nature de la technique utilisée pour déplacer les particules dans la matrice polymère (centrifugation), seul un déplacement unilatéral des particules dans la matrice est possible (dans le sens opposé au centre de rotation du matériau), ce qui n'est pas optimal. Cette 15 technique est restrictive car elle ne permet de traiter qu'une unique zone localisée du matériau (et non forcément l'intégralité des zones qu'il conviendrait de traiter (l'absence de décharges partielles dans le matériau n'est donc pas garantie)), et implique en outre que le matériau ait une forme géométrique simple (cylindrique ou circulaire). Cette solution requiert de plus un ré-usinage du matériau d'encapsulation postérieurement aux 20 étapes de centrifugation et de durcissement, ce qui est fastidieux et coûteux à mettre en oeuvre. Enfin, elle ne semble pas compatible pour la fabrication de composants électriques volumineux, comme les modules de puissance, les transformateurs ou appareils de coupure haute tension par exemple. Il apparaît donc nécessaire de proposer une solution innovante d'isolation 25 électrique qui permette de réduire de manière efficace le phénomène de décharges partielles dans un composant électrique et/ou de monter en tension de fonctionnement, et qui soit simple et peu coûteuse à mettre en oeuvre. 3. EXPOSÉ DE L'INVENTION 30 Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, il est proposé un procédé de traitement d'un matériau de protection électriquement isolant destiné à recouvrir au 3052295 5 moins une surface d'un composant électrique à isoler comprenant au moins un contact électrique, le procédé comprenant les étapes suivantes: mélange d'une matrice hôte électriquement isolante avec une charge particulaire de permittivité diélectrique relative supérieure à celle de la matrice hôte, de façon à 5 obtenir un mélange composite homogène ; recouvrement du mélange composite homogène sur ladite au moins une surface du composant électrique à isoler ; application d'un champ électrique au mélange composite homogène au moyen dudit au moins un contact électrique, de façon à obtenir un mélange composite 10 hétérogène. Le principe général de l'invention consiste donc à utiliser un champ électrique au cours de l'élaboration du matériau de protection à base d'une matrice hôte électriquement isolante chargée en particules de permittivité diélectrique supérieure, pour lui conférer des propriétés de gradation de champ électrique auto-adaptatives. En effet, les inventeurs ont 15 découvert que l'application d'un champ électrique à un tel mélange composite homogène provoque le déplacement des particules dans la matrice hôte de telle sorte qu'elles se concentrent naturellement dans les zones à traiter (c'est-à-dire dans les zones où des renforcements de champ électrique indésirables peuvent apparaître lorsque le composant est sous tension). Ceci induit une augmentation de la permittivité diélectrique et/ou de la 20 conductivité électrique de manière ciblée et automatiquement adaptée aux défauts du composant électrique. Ainsi, contrairement à l'état de la technique (où seul un déplacement unilatéral des particules dans la matrice est possible), le procédé de l'invention offre une solution simple et efficace basée sur un auto-ajustement du profil de permittivité diélectrique et/ou de conductivité électrique du matériau de protection au 25 cours de son élaboration en fonction des points critiques réellement présents dans le matériau. Le matériau composite hétérogène obtenu présente donc un profil de permittivité diélectrique et/ou de conductivité électrique réduisant les renforcements de champ électrique, sources de décharges partielles du composant électrique en fonctionnement. Le procédé de traitement selon l'invention permet donc de garantir une 30 meilleure tenue en tension du composant électrique et par conséquent une durée de vie augmentée. 3052295 6 Selon une mise en oeuvre particulière, le procédé comprend en outre une étape de durcissement du mélange composite postérieurement à l'étape d'application d'un champ électrique. Cette étape de durcissement permet de figer la distribution spatiale des particules 5 obtenues dans la matrice hôte après traitement électrique. A l'issue de cette étape, on obtient un matériau de protection électriquement isolant et gradateur de champ électrique. Selon une variante de mise en oeuvre, le procédé comprend une étape de durcissement du mélange composite qui est mise en oeuvre au cours de l'étape 10 d'application d'un champ électrique. Cette étape de durcissement permet de figer la distribution spatiale des particules obtenue dans la matrice hôte pendant le traitement électrique. A l'issue de cette étape, on obtient un matériau de protection électriquement isolant et gradateur de champ électrique. Cette implémentation particulière est avantageuse en termes de temps car elle 15 permet de réaliser un traitement double en parallèle du mélange composite. Dans une implémentation particulière, le champ électrique appliqué est un champ électrique continu. Cette implémentation particulière permet de moduler efficacement le profil de concentration des particules dans la matrice hôte. Elle peut être mise en oeuvre par 20 exemple pour obtenir un gradient de concentration de particules à partir de l'interface entre le contact électrique et le matériau de protection. Dans une variante d'implémentation, le champ électrique appliqué est un champ électrique alternatif. Cette variante d'implémentation permet de moduler efficacement le profil de 25 concentration des particules dans la matrice hôte et est particulièrement bien adaptée au composant électrique présentant une configuration à renforcement symétrique. Selon une caractéristique particulière, le composant électrique comprend un premier contact électrique de potentiel haut et un deuxième contact électrique de potentiel bas et caractérisé en ce que le champ électrique est appliqué à l'aide d'une 30 différence de potentiel positive ou négative entre lesdits premier et deuxième contacts. 3052295 7 Cela permet de privilégier une concentration de particules sur l'un ou l'autre des contacts électriques dans le cas où un champ électrique continu est appliqué. Par exemple une concentration de particules à l'interface avec un contact d'alimentation électrique haute tension pourra être privilégiée puisque le risque de renforcements de champ 5 électrique autour de ce contact sera probablement plus important. Selon une caractéristique particulière, la matrice hôte a une permittivité diélectrique relative comprise entre 1 et 20 et la charge particulaire a une permittivité diélectrique supérieure à 2. Il convient de noter que la permittivité diélectrique relative de la matrice hôte a été 10 mesurée expérimentalement à l'état solide avec une fréquence de 1 MHz et à une température 25 °C, et celle de la charge particulaire a été mesurée expérimentalement à l'état solide avec une fréquence de 50 Hz et à une température 25 °C. La matrice hôte est obtenue à partir d'un matériau polymère liquide durcissable et la charge particulaire est obtenue à partir d'un matériau appartenant au groupe 15 comprenant : SrTiO3, BaTiO3, Ba1,SrxTiO3, SiC, A1203, AIN, BN, Si3N4, Si02, ZnO, MgO, CaCu3T14012, Ti02, MoS2, Ca2Nb3010, Si''Alx0yN' Polyfluorure de vinylidène (PVDF) ou Polyamide (PA), etc. Cette liste de matériaux n'est pas exhaustive. A noter que la matrice hôte peut être obtenue à partir d'un matériau polymère liquide polymérisable thermiquement (c'est-à- 20 dire qui présente des caractéristiques de solidification sous l'action d'un traitement thermique) ou photodurcissable (c'est-à-dire qui présente des caractéristiques de solidification sous l'action d'un rayonnement électromagnétique). A noter également que la charge particulaire peut être obtenue à partir d'un des matériaux listés ci-dessus ou une combinaison de ces matériaux. 25 Selon une caractéristique particulière, le rapport en volume de la charge particulaire par rapport au volume total du mélange composite homogène est compris entre 0,01 et 60%. Cette gamme de rapport en volume a montré de bons résultats pour conférer au matériau de protection les caractéristiques désirées. 30 Selon une caractéristique particulière, la charge particulaire est une charge à base de particules de taille micrométrique et/ou nanométrique. 3052295 8 Selon une caractéristique particulière, la charge particulaire est une charge à base de particules de forme sphérique et/ou cylindrique et/ou tubulaire et/ou planaire. La taille et la forme des particules peuvent avoir un impact sur la permittivité et/ou la conductivité électrique du matériau d'encapsulation final, sur sa rigidité diélectrique et 5 sur le seuil d'apparition et l'endurance aux décharges partielles. Selon une caractéristique particulière, la charge particulaire est une charge à base de particules ayant une structure composite de type noyau-enveloppe. Ainsi, la charge particulaire peut comprendre soit des particules homogènes dans leur composition chimique soit des particules composites avec une structure de type 10 noyau-enveloppe (ou « core-shell » en anglais), ou bien une combinaison des deux. Selon une caractéristique particulière, ladite étape d'application d'un champ électrique est effectuée au moyen d'une partie de connexion externe du composant électrique coopérant avec ledit au moins un contact électrique. Cette caractéristique est particulièrement avantageuse puisque la présence de la 15 partie de connexion externe permet de réaliser le traitement électrique du matériau d'encapsulation avec les éléments structurels du composant électrique lui-même. Dans certains cas, ceci évite d'avoir recours à un système d'électrode supplémentaire venant en contact avec ledit au moins un contact électrique, et qui plus est, nécessiterait de devoir modifier l'architecture structurelle, pour certains composants électriques à structure 20 interne complexe, pour pouvoir réaliser cette étape. Dans d'autres cas, l'ajout d'une contre-électrode temporaire et amovible dédiée uniquement à l'application du champ électrique durant le procédé peut être envisagé. Le procédé selon l'invention est donc simple et peu coûteux à mettre en oeuvre comparativement aux procédés de l'état de la technique. 25 Selon une variante de réalisation, ladite étape d'application d'un champ électrique est effectuée au moyen d'au moins une contre-électrode temporaire et amovible destinée à être connectée électriquement audit au moins un contact électrique. Cette variante peut être utilisée par exemple lorsque le composant électrique ne possède pas de partie de connexion externe coopérant avec ledit au moins un contact 30 électrique où si ladite partie de connexion externe n'est pas facile d'accès. 3052295 9 Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est proposé un procédé de fabrication d'un composant électrique, comprenant une étape de réalisation d'un composant électrique à isoler, et une étape de traitement d'un matériau de protection électriquement isolant tel que décrit précédemment, dans l'un quelconque de ses modes 5 de réalisation. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est proposé un composant électrique obtenu par le procédé de fabrication tel que défini précédemment. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est proposé un matériau de protection électriquement isolant traité par le procédé décrit précédemment, dans l'un 10 quelconque de ses modes de réalisation. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est proposé un matériau de protection électriquement isolant recouvrant au moins une surface d'un composant électrique à isoler comprenant au moins un contact électrique, ledit au moins un contact électrique formant une interface avec ledit matériau lequel comprend un mélange 15 composite hétérogène composé d'une matrice hôte électriquement isolante et d'une charge particulaire de permittivité diélectrique relative supérieure à celle de la matrice hôte. Dans ce mode de réalisation particulier, ledit matériau présente une concentration en charge particulaire dans la matrice hôte plus grande au niveau de ladite interface. Ainsi, le profil de concentration des particules obtenu permet de concentrer les 20 particules localement au niveau de l'interface entre ledit au moins un contact électrique et le matériau de protection. Cette distribution spatiale des particules permet de former une couche de permittivité diélectrique augmentée à l'interface entre le matériau de protection et le contact électrique (c'est-à-dire à l'interface matériau de protection /contact électrique). 25 Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est proposé un matériau de protection électriquement isolant recouvrant au moins une surface d'un composant électrique à isoler (100) comprenant des premier et deuxième contacts électriques, chacun des premier et deuxième contacts électriques formant une interface avec ledit matériau lequel comprend un mélange composite hétérogène composé d'une matrice hôte 30 électriquement isolante et d'une charge particulaire de permittivité diélectrique relative supérieure à celle de la matrice hôte. Dans ce mode de réalisation particulier, la charge 3052295 10 particulaire compris dans ledit matériau se présente sous forme de chaînes de particules concentrées s'étendant entre les premier et deuxième contacts. Ainsi, le profil de concentration des particules obtenu permet de former une couche de permittivité diélectrique augmentée de façon anisotrope entre les contacts 5 électriques du composant. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est proposé un dispositif de traitement d'un matériau de protection électriquement isolant destiné à recouvrir au moins une surface d'un composant électrique à isoler comprenant au moins un contact électrique, le dispositif comprenant : 10 des moyens configurés pour mélanger une matrice hôte électriquement isolante avec une charge particulaire de permittivité diélectrique supérieure à celle de la matrice hôte, de façon à obtenir un mélange composite homogène ; des moyens configurés pour recouvrir le mélange composite homogène sur ladite au moins une surface du composant électrique à isoler ; 15 des moyens configurés pour appliquer un champ électrique au mélange composite homogène à l'aide dudit au moins un contact électrique. 4. LISTE DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la 20 description suivante, donnée à titre d'exemple indicatif et non limitatif, et des dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1, déjà décrite en relation avec l'art antérieur, présente un exemple de module électrique de puissance connu de l'état de la technique ; - la figure 2, déjà décrite en relation avec l'art antérieur, présente une vue partielle en 25 coupe du module électrique illustré à la figure 1 ; - la figure 3, déjà décrite en relation avec l'art antérieur, présente une technique connue pour réduire la formation de décharges partielles dans un module de puissance tel que celui présenté en relation avec les figures 1 et 2 ; - la figure 4 présente un organigramme d'un mode de réalisation particulier du procédé 30 objet de la présente ; 3052295 11 - la figure 5 est un schéma synoptique simplifié représentant les différentes étapes du procédé selon un premier mode de réalisation ; - les figures 6A et 6B sont des vues en coupe partielles d'une structure de type DBC, obtenues au microscope optique après traitement du matériau de protection 5 conformément au premier mode de réalisation ; - la figure 7 est un schéma synoptique simplifié représentant les différentes étapes du procédé selon un deuxième mode de réalisation ; - la figure 8 est une vue en coupe partielle d'une structure de type DBC, obtenue au microscope optique après traitement du matériau de protection conformément au 10 deuxième mode de réalisation. 5. DESCRIPTION DÉTAILLÉE Sur toutes les figures du présent document, les éléments et étapes identiques sont désignés par une même référence numérique. 15 On décrit ci-après, en relation avec les figures 4 et 5, les étapes principales du procédé de fabrication d'un composant électrique selon un mode de réalisation particulier de l'invention. Etape 10 de réalisation d'un composant électrique à isoler On procède tout d'abord à la réalisation d'un composant électrique nu. Par 20 exemple, cette étape 10 dans le cas d'un module de puissance à transistors IGBT ou JFET (« Junction Field Effect Transistor »), qui n'a pas encore été électriquement isolé, est réalisée au moyen d'une technique de lithographie ou d'autres techniques bien connues issues de la microélectronique. Pour simplifier les figures et la description associée, on se focalise ici sur une partie 25 seulement du module de puissance, à savoir le substrat céramique métallisé ou substrat DBC (« Direct Bonding Copper ») dudit module. On utilisera indifféremment dans la suite les termes « composant » ou « module » pour désigner le même élément structurel. Comme illustré sur la figure 5, le composant à isoler 100 comprend une couche de matériau céramique 110 (par exemple une couche d'oxyde d'aluminium, de formule 30 chimique A1203) sur laquelle est agencée un premier contact électrique 120, de potentiel haut, reliée à une alimentation haute tension, et un deuxième contact électrique 130, de 3052295 12 potentiel bas, relié à la masse. Le composant à isoler 100 comprend également un autre contact électrique (non illustré sur la figure) agencé sur la face inférieure de la couche de matériau céramique 110 et relié à la masse. Ces éléments forment le substrat céramique métallisé. Le composant à isoler 100 comprend en outre un support en cuivre (Cu) ou en 5 alliage aluminium-carbure de silicium (AISiC), couramment appelé semelle (non illustrée sur la figure) sur laquelle est disposée le substrat céramique métallisé. Les étapes qui suivent ont pour objet de réaliser un matériau de protection (ou d'encapsulation) électriquement isolant destiné à recouvrir le composant à isoler 100, ce matériau étant élaboré de manière à réduire la formation de décharges partielles lorsque 10 le composant est sous tension et/ou de permettre de monter la tension de fonctionnement. Etape 20 de réalisation d'un mélange composite homogène durcissable On réalise tout d'abord un mélange à partir d'une matrice hôte électriquement isolante chargée homogènement en particules invitées, aussi appelées charges 15 particulaires. Dans l'exemple décrit ici, la matrice hôte est une matrice polymère liquide à base d'époxyde, couramment appelée « résine époxy », mélangée à un durcisseur avec un rapport pondéral de polymère/durcisseur de 10:1. La matrice hôte constitue donc un milieu polymérique liquide durcissable. La charge particulaire comprend des particules inorganiques issues d'une poudre de titanate de strontium (SrTiO3) par exemple. Les 20 particules ont une taille micrométrique comprise typiquement entre 100 nm et 100 micromètres. Des particules de taille nanométrique inférieure à 100 nanomètres peuvent également être utilisées seules ou en combinaison avec des particules de taille micrométrique, sans sortir du cadre de la présente invention. Les particules de titanate de strontium ont été choisies pour leur permittivité diélectrique relative (ou constante 25 diélectrique) élevée (typiquement comprise entre 100 et 400 à l'état massique) par rapport à celle de la matrice polymère époxyde (typiquement comprise entre 3 et 6). Une quantité donnée de particules micrométriques de titanate de strontium est introduite dans la matrice polymérique époxyde (comprenant le durcisseur), et mélangée au moyen d'un mélangeur planétaire. Le rapport en volume de la charge particulaire par 30 rapport au volume total du composite est de 10% environ. 3052295 13 A l'issue de l'étape 20, on obtient un mélange composite homogène à matrice polymérique époxyde chargée en particules de titanate de strontium, noté Epoxyde/SrTiO3. Il s'agit ici d'un exemple purement illustratif et d'autres matériaux remplissant la même fonction peuvent être envisagés sans sortir du cadre de l'invention. De manière 5 générale, pour conférer au final au matériau de protection son comportement gradateur de champ électrique (dit « Field Grading » en anglais), on préférera utiliser pour la réalisation de cette étape : une matrice polymère organique présentant une permittivité diélectrique relative inférieure ou égale à 20 (mesurée à 1 MHz et à 25 °C à l'état solide), comme par 10 exemple une résine thermodurcissable (polyester ou époxyde, polyimide, polyester- imide ...), thermoplastique (polyéthylène, polyuréthane, ...) ou encore une résine élastomère (gel ou gomme silicone), et une charge particulaire présentant une permittivité diélectrique relative strictement supérieure à 2 (mesurée à 50 Hz et à 25 °C à l'état solide), comme par exemple une 15 charge particulaire à base de SrTiO3, BaTiO3, Ba1,SrxTiO3, SiC, A1203, AIN, BN, Si3N4, Si02, ZnO, MgO, CaCu3Ti4012, Ti02, MoS2, Ca2Nb3010, Si''Alx0yN' Polyfluorure de vinylidène (PVDF) ou polyamide (PA) ou une combinaison de ces matériaux, la condition étant que la permittivité diélectrique relative de la charge particulaire doit être strictement supérieure à celle de la matrice hôte. 20 La charge particulaire peut comprendre des particules de tailles différentes (tailles micrométriques et/ou nanométriques) et de forme sphérique et/ou cylindrique et/ou tubulaire et/ou planaire. On pourrait envisager également, à titre d'alternative ou en combinaison avec le mode de réalisation décrit ici, d'utiliser des particules à structure composite noyau- 25 enveloppe, aussi appelées « core-shell » en anglais. Ces particules sont constituées d'un noyau formé d'un premier matériau, et d'une enveloppe formée d'un second matériau. On pourrait envisager également, à titre d'alternative ou en combinaison avec le mode de réalisation décrit ici, d'utiliser des particules conductrices d'électricité assimilables à une particule dont la permittivité diélectrique relative est extrêmement 30 élevée (on caractérise généralement les métaux par leurs propriétés de conduction électrique plutôt que de leurs propriétés diélectriques). 3052295 14 De même, le rapport en volume de la charge particulaire introduite initialement dans la matrice par rapport au volume total du composite peut être compris entre 0,01 et 60%. Quant à la viscosité de la résine polymérique époxyde, elle est choisie dans cet exemple dans la plage comprise entre 10 et 10 000 mPa.s à température ambiante 5 (sensiblement égale à 20°C). Mais, plus généralement, elle peut être choisie dans une plage comprise entre 10 et 100 000 mPa.s en fonction des caractéristiques physico-chimiques des matériaux choisis pour composer le mélange composite, ainsi que d'autres paramètres du procédé que l'homme du métier sera à même d'appréhender avec des essais de routine à sa portée (par exemple la viscosité de la résine, l'amplitude et la forme du champ 10 électrique appliqué, la température du procédé, etc. ont un impact sur la vitesse de croissance de la couche de particules dans le matériau de protection). Etape 30 de recouvrement Cette étape consiste à recouvrir le composant à isoler 100 sur la totalité de sa surface avec le mélange composite homogène Epoxyde/SrTiO3 obtenu à l'issue de l'étape 15 précédente, afin de l'encapsuler. A cette fin, un mélange composite homogène Epoxyde/SrTiO3 140 est déposé sur la surface du composant typiquement au moyen d'une technique de dépôt de polymère en voie liquide. Cette technique présente plusieurs avantages : elle est simple à mettre en oeuvre, requiert un faible coût d'équipement, permet de réaliser des couches de grandes surfaces et d'épaisseurs micrométriques ou 20 millimétriques variables. De plus, cette technique est facilement transférable à l'industrie. Bien entendu, ce mélange composite 140 peut être formé au moyen d'autres techniques de dépôt notamment, mais non exclusivement, par voie chimique (ou CSD pour « Chemical Solution Deposition »), trempage (« dip coating »), centrifugation (« spin coating »), étalement (« doctor blade coating »), applicateur (« meniscus coating »), 25 pulvérisation (« spray coating »), jet d'encre (« ink jet coating »), sérigraphie, extrusion, moulage d'injection, moulage, encapsulage, coulage, imprégnation, etc. A l'issue de cette étape, le composant à isoler 100 est recouvert d'un mélange composite Epoxyde/SrTiO3 140. Cette étape permet non seulement de recouvrir les contacts électriques 120 et 130 30 comme illustré sur la figure 5, mais également de recouvrir les autres éléments du composant électrique non visibles sur la figure. En effet, dans cette étape, les différents 3052295 15 éléments structurels constituant le module de puissance à transistor IGBT doivent être recouverts de cette couche, le but étant d'encapsuler et d'isoler électriquement tous ces éléments. Seule une partie extérieurement accessible des contacts électriques 120 et 130 5 (référencées 125 et 135 respectivement sur la figure) n'est pas recouverte par le mélange composite 140 et est accessible depuis l'extérieur du composant pour permettre une connexion électrique ultérieure (étape 40). Etape 40 de traitement électrique Cette étape du procédé selon l'invention consiste à appliquer un champ électrique 10 au mélange composite 140 de façon à provoquer le déplacement des particules de titanate de strontium dans la matrice polymère afin d'obtenir un profil de permittivité diélectrique en fonction de la distribution spatiale des particules adapté aux zones de renforcement de champ que pourrait présenter le matériau de protection sous contrainte électrique. Il est proposé deux techniques particulières pour procéder à ce traitement électrique : une 15 application d'un champ électrique DC (électrophorèse) et une application d'un champ électrique AC (diélectrophorèse). La deuxième technique est décrite postérieurement. Application d'un champ électrique DC (électrophorèse) Dans une implémentation particulière, un champ électrique continu (ou plus généralement comprenant une composante continue) est créé entre les contacts 20 électriques 120 et 130 du composant à l'aide de moyens d'application d'un champ électrique continu 150. Ces derniers comprennent par exemple une source de tension continue « DC » 151 configurée pour porter les contacts électriques 120 et 130 à des potentiels électriques différents, et un interrupteur 152 pour appliquer ou non le champ électrique en fonction de sa position (ouverte ou fermée). De manière avantageuse, les 25 pôles de la source de tension 151 sont reliés électriquement aux parties de connexion extérieurement accessibles 125 et 135 du composant électrique. En pratique, une tension électrique continue d'amplitude 500 V est appliquée par exemple entre les contacts électriques 120 et 130 distants de 1nnnn, pendant une durée d'environ 15 minutes. Cette tension électrique est générée en appliquant une différence 30 de potentiel positive (par exemple + 500 V) entre le contact électrique 120 (connecté à la haute tension) et le contact électrique 130 (connecté à la masse). Cette configuration en 3052295 16 polarité positive permet de provoquer le déplacement des particules de titanate de strontium vers le contact électrique de potentiel haut 120 (i.e. vers le contact d'alimentation haute tension) et de se concentrer sensiblement autour de celui-ci, comme illustré sur la figure 6A. 5 Bien entendu, on pourrait envisager, à titre d'alternative, d'appliquer un champ électrique continu entre les contacts 120 et 130 avec une configuration en polarité négative (c'est-à-dire en appliquant un signal de tension négatif, par exemple - 500 V, au contact électrique 120), de façon à provoquer le déplacement des particules de titanate de strontium vers le contact électrique de potentiel bas 130, comme cela est illustré sur la 10 figure 6B. Ainsi, de façon astucieuse, il est possible d'accumuler les particules préférentiellement soit du côté de la métallisation haute tension, soit du côté de la métallisation masse en fonction de la polarité du champ électrique appliqué. On obtient à l'issue de cette étape de traitement électrique, un mélange composite 15 hétérogène en termes de distribution spatiale des particules (et donc en termes de permittivité diélectrique du matériau). Le matériau de protection comprend une partie composite 161 présentant une concentration faible en particules de SrTiO3 et une partie composite 162 plus fortement chargée en particules de SrTiO3, accumulées sous la forme d'une couche. L'épaisseur de la 20 couche de particules 162 est ajustable, pour une concentration de particules donnée, en fonction notamment du niveau du champ électrique appliqué, de la durée d'application de ce champ, de la viscosité de la matrice hôte de départ, de la taille, de la forme et de la nature des particules invitées. De manière générale, un champ électrique continu appliqué avec une amplitude 25 comprise entre 100 et 500 V/mm pendant une durée comprise entre 1 et 60 minutes a montré de bons résultats. De manière encore plus générale, un champ électrique continu appliqué avec une amplitude supérieure ou égale à 1 V/mm, pendant a minima une durée de 1 seconde, fonctionne. Des essais à la portée de l'homme du métier permettent de sélectionner les 30 paramètres et matériaux les plus appropriés en fonction de la distribution spatiale des 3052295 17 particules souhaitée et des propriétés de gradation de champ électrique souhaitées au final pour le matériau de protection. Comme illustré sur la figure 6A, on s'aperçoit que l'utilisation d'un champ électrique continu au cours de l'élaboration du matériau de protection a pour effet en 5 particulier de concentrer les particules de titanate de strontium localement autour du contact électrique « haute tension » 120. Cette distribution spatiale des particules de SrTiO3 permet de former une couche de permittivité diélectrique augmentée à l'interface entre le matériau de protection 160 et le contact électrique 120 (interface isolant/métal). Ce qui est particulièrement intéressant c'est que cette couche, qui s'est créée de manière 10 autonome par processus électrophorétique, couvre de façon privilégiée les points de plus grande fragilité connus du matériau tels que le point triple A céramique/métal/isolant et la pointe B du contact électrique. Les résultats expérimentaux et les simulations menées par les inventeurs ont montré que cette distribution spatiale des particules de SrTiO3 a pour effet de diminuer le gradient de permittivité diélectrique aux interfaces métal/isolant et 15 donc de réduire la formation des renforcements de champ au voisinage des points A et B. Par exemple, la partie composite 161 présente une permittivité diélectrique relative aux alentours de 6, la partie composite 162 présente une permittivité diélectrique relative aux alentours de 15 à 30 et la partie céramique 110 présente une permittivité diélectrique aux alentours de 9. Le procédé de traitement selon l'invention permet donc de 20 garantir la fabrication d'un composant électrique ayant une meilleure tenue en tension électrique, moins de décharges partielles et par conséquent une durée de vie augmentée. Ainsi, les inventeurs ont utilisé un champ électrique continu appliqué au mélange composite pour permettre de répartir de manière totalement autonome les particules au niveau des zones à traiter (zones présentant des renforcements de champ électrique). En 25 effet, du fait de la nature électrique du traitement, le profil de concentration des particules dans le composite suit naturellement la répartition et les renforcements du champ électrique induits durant le traitement. L'utilisation d'un traitement électrique est donc particulièrement astucieuse. Une augmentation locale de permittivité diélectrique est induite naturellement là où cela est nécessaire, et de façon auto-structurante comme le 30 montre les figures 6A et 6B. Cette auto-structuration est particulièrement avantageuse car elle peut permettre d'épouser d'autres défauts qui seraient impossibles à prévoir lors de la 3052295 18 fabrication du composant électrique, comme la présence d'une singularité (ou effet de pointe) par exemple, et qui se situerait en dehors des zones sensibles habituelles. (ii) Application d'un champ électrique AC (diélectrophorèsel Dans une variante d'implémentation, dont le principe est illustré à la figure 7, un 5 champ électrique alternatif est créé entre les contacts électriques 120 et 130 du composant à l'aide des moyens d'application d'un champ électrique alternatif 170. Ces derniers comprennent par exemple une source de tension alternative « AC » 171 configurée pour porter les contacts électriques 120 et 130 à des potentiels électriques différents et à une fréquence donnée, et un interrupteur 172 permettant d'appliquer ou 10 non le champ électrique en fonction de sa position (ouverte ou fermée). De manière avantageuse, les pôles de la source de tension 171 sont reliés électriquement aux parties de connexion extérieurement accessibles 125 et 135 du composant. Une tension électrique alternative sinusoïdale est appliquée par exemple avec une valeur efficace de 500 V, à une fréquence de 1 kHz, entre les contacts électriques 120 et 15 130 distants de 1nnnn, pendant une durée d'environ 15 minutes. Comme pour le premier mode de réalisation, l'étape 50 de traitement thermique peut également s'effectuer soit postérieurement à l'étape 40 soit au cours de l'étape 40 dans son deuxième mode de réalisation. Le matériau de protection électriquement isolant et à gradient de permittivité 20 diélectrique 180 comprend une partie composite 181 faiblement concentrée en particules de SrTiO3 et une partie composite 182 plus fortement chargée en particules de SrTiO3. Les particules de SrTiO3 accumulées se présentent sensiblement sous la forme d'une couche 182 s'étendant entre les contacts électriques 120 et 130. Les propriétés électriques et diélectriques de la couche 182 sont ajustables, pour une concentration de particules 25 donnée, en fonction notamment du niveau du champ électrique appliqué, de sa fréquence, de la durée d'application de ce champ, de la viscosité et de la permittivité de la matrice hôte de départ, de la taille, de la forme et de la nature des particules invitées. De manière générale, un champ électrique alternatif appliqué avec une valeur efficace comprise entre 100 et 500 V/mm, une fréquence comprise entre 1 Hz et 100 kHz 30 pendant une durée comprise entre 1 et 60 minutes a montré de bons résultats. De manière encore plus générale, un champ électrique alternatif appliqué avec une amplitude 3052295 19 supérieure ou égale à 1 V/mm dans une gamme de fréquences comprises entre 1 Hz et 10 MHz pendant a minima une durée de 1 seconde fonctionne. Des essais à la portée de l'homme du métier permettent de sélectionner les paramètres et matériaux les plus appropriés en fonction de la distribution spatiale des 5 particules souhaitée et des propriétés de gradation de champ électrique souhaité au final pour le matériau de protection. Comme illustré sur la figure 8, on s'aperçoit que l'application d'un champ électrique alternatif au cours de l'élaboration du matériau de protection a pour effet en particulier de former des chaînes de particules de titanate de strontium s'étendant le long du substrat 10 céramique 110 entre les contacts électriques 120 et 130. Ainsi, dans ce mode de réalisation particulier, le profil de concentration des particules obtenu est différent puisqu'il permet de former une couche de permittivité diélectrique augmentée de façon anisotrope entre les contacts électriques 120 et 130 du composant. Un tel profil permet d'augmenter de façon efficace la permittivité diélectrique de l'isolant notamment au 15 niveau des points triples des contacts électriques. Grâce à l'utilisation d'un champ électrique alternatif, il est donc possible d'induire naturellement une augmentation de la permittivité diélectrique du matériau de protection dans les zones à traiter, comme le montre la figure 8. Cette auto-structuration est particulièrement avantageuse car elle permet entre autre de contrecarrer tout défaut qui 20 serait impossible à prévoir lors de la fabrication du composant électrique. Etape 50 de durcissement On procède ensuite à un durcissement du mélange composite hétérogène au moyen d'un traitement thermique (aussi appelé recuit de solidification). Pour ce faire, le composant est introduit dans un four, la température est ensuite portée à 150 °C (avec 25 une rampe de 15 °C/min) sous air pendant une durée de 15 minutes. Cette étape est employée pour permettre le durcissement de la matrice hôte liquide par réticulation des molécules polymériques, et donc de figer la distribution spatiale des particules ainsi obtenue à l'issue de l'étape 40. Ici on opère un traitement thermique mais on pourrait très bien envisager d'utiliser à la place d'une matrice polymérique liquide polymérisable 30 thermiquement, un autre type de matrice polymérique liquide réagissant à un traitement par rayonnement électromagnétique (rayonnement UV ou micro-ondes par exemple). Des 3052295 20 essais à la portée de l'homme du métier permettront d'établir les paramètres (niveau de température, durée, rampe de montée et descente, source de rayonnement électromagnétique, etc.) de durcissement adaptés aux matrices polymériques liquides choisies. 5 A l'issue de cette étape, on obtient un matériau de protection (ou d'encapsulation) 160 ou 180 électriquement isolant et gradateur de champ électrique, comme expliqué ci-dessus. Selon une alternative de mise en oeuvre, il est possible d'effectuer l'étape de traitement thermique non pas postérieurement à l'étape 40 comme discuté ci-dessus, 10 mais au cours même de l'étape 40, ce qui est plus optimal en termes de temps de traitement (le traitement thermique et le traitement électrique étant réalisés en parallèle). Les modes de réalisation décrits ci-dessus proposent d'utiliser les parties de connexion extérieurement accessibles du composant pour appliquer un champ électrique entre les contacts électriques auxquelles elles sont raccordées. Ceci permet de réaliser le 15 traitement électrique in situ du matériau de protection avec les éléments structurels du composant électrique lui-même. Cette approche est simple et peu coûteuse à mettre en oeuvre. Elle présente également l'avantage de pouvoir s'adapter à tout type de composants électriques, même à structure interne complexe. Toutefois, on pourrait envisager à titre d'alternative que l'application du champ électrique selon l'invention soit 20 réalisée au moyen d'un jeu d'électrodes dédié à relier électriquement aux moyens d'application du champ électrique (par exemple l'ajout d'au moins une contre-électrode temporaire et amovible dédiée uniquement à l'application du champ électrique durant le procédé décrit ci-dessus). Le procédé décrit ci-dessus est destiné à la fabrication de modules et composants 25 électriques de puissance. Il est clair toutefois qu'il peut aisément être adapté à d'autres applications, sans sortir du cadre de la présente, comme par exemple à la fabrication d'un câble électrique haute tension. Dans ce cas, la gaine protectrice du câble correspond au matériau de protection électriquement isolant et l'âme du câble correspond à l'unique contact électrique du composant. Le procédé de fabrication décrit ci-dessus s'applique 30 mutatis mutandis à la fabrication d'un tel composant électrique. En particulier, on pourrait alors envisager que l'application d'un champ électrique selon le principe de l'invention 3052295 21 pour conférer les propriétés de gradation de champ électrique au matériau de protection, soit mise en oeuvre au moyen d'une différence de potentiel entre l'âme du câble et une contre-électrode déportée. Plus généralement, l'invention pourrait s'appliquer à tout système électrique présentant un ou plusieurs renforcements de champ électrique. 5 REVENDICATIONS1. Procédé de traitement d'un matériau de protection électriquement isolant destiné à recouvrir au moins une surface d'un composant électrique à isoler (100) comprenant au moins un contact électrique (120 ; 130), le procédé comprenant les étapes suivantes: - mélange (20) d'une matrice hôte électriquement isolante avec une charge particulaire de permittivité diélectrique relative supérieure à celle de la matrice hôte, de façon à obtenir un mélange composite homogène ; - recouvrement (30) du mélange composite homogène sur ladite au moins une surface du composant électrique à isoler ; le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend, postérieurement à ladite étape de recouvrement, une étape d'application (40) d'un champ électrique au mélange composite homogène au moyen dudit au moins un contact électrique, de façon à obtenir un mélange composite hétérogène. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de durcissement (50) du mélange composite postérieurement à l'étape d'application d'un champ électrique. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une étape de durcissement (50) du mélange composite est mise en oeuvre au cours de l'étape d'application d'un champ électrique. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le champ électrique appliqué est un champ électrique continu. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le champ électrique appliqué est un champ électrique alternatif. 3052295 23 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le composant électrique comprend un premier contact électrique de potentiel haut et un deuxième contact électrique de potentiel bas et caractérisé en ce que le champ électrique est appliqué à l'aide d'une différence de potentiel positive ou négative entre lesdits 5 premier et deuxième contacts. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la matrice hôte a une permittivité diélectrique relative comprise entre 1 et 20 et en ce que la charge particulaire a une permittivité diélectrique supérieure à 2. 10 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la matrice hôte est obtenue à partir d'un matériau polymère liquide durcissable et la charge particulaire est obtenue à partir d'un matériau appartenant au groupe comprenant : SrTiO3, BaTiO3, Ba1,SrxTiO3, SiC, A1203, AIN, BN, Si3N4, Si02, ZnO, MgO, CaCu3Ti4012, Ti02, 15 MoS2, Ca2N b3010, Si''Alx0yNz, Polyfluorure de vinylidène (PVDF) ou polyamide (PA). 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le rapport en volume de la charge particulaire par rapport au volume total du mélange composite homogène est compris entre 0,01 et 60%. 20 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la charge particulaire est une charge à base de particules de taille micrométrique et/ou nanométrique. 25 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la charge particulaire est une charge à base de particules de forme sphérique et/ou cylindrique et/ou tubulaire et/ou planaire. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que 30 la charge particulaire est une charge à base de particules ayant une structure composite de type noyau-enveloppe. 3052295 24 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que ladite étape d'application d'un champ électrique est effectuée au moyen d'une partie de connexion externe du composant électrique coopérant avec ledit au moins un contact 5 électrique. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que ladite étape d'application d'un champ électrique est effectuée au moyen d'au moins une contre-électrode temporaire et amovible destinée à être connectée audit au moins un 10 contact électrique. 15. Procédé de fabrication d'un composant électrique, comprenant une étape de réalisation d'un composant électrique à isoler, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de traitement d'un matériau de protection électriquement isolant selon l'une quelconque 15 des revendications 1 à 14. 16. Composant électrique obtenu par le procédé de fabrication défini selon la revendication 15. 20 17. Matériau de protection électriquement isolant traité par le procédé défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 14. 18. Matériau de protection électriquement isolant (160) recouvrant au moins une surface d'un composant électrique à isoler (100) comprenant au moins un contact 25 électrique, ledit au moins un contact électrique formant une interface avec ledit matériau lequel comprend un mélange composite hétérogène composé d'une matrice hôte électriquement isolante et d'une charge particulaire de permittivité diélectrique relative supérieure à celle de la matrice hôte, ledit matériau étant caractérisé en ce qu'il présente une concentration en charge 30 particulaire plus grande au niveau de ladite interface. 3052295 25 19. Matériau de protection électriquement isolant (180) recouvrant au moins une surface d'un composant électrique à isoler (100) comprenant des premier et deuxième contacts électriques, chacun des premier et deuxième contacts électriques formant une interface avec ledit matériau lequel comprend un mélange composite hétérogène composé 5 d'une matrice hôte électriquement isolante et d'une charge particulaire de permittivité diélectrique relative supérieure à celle de la matrice hôte, ledit matériau étant caractérisé en ce que la charge particulaire se présente sous forme de chaînes de particules concentrées s'étendant entre les premier et deuxième contacts. 10 20. Dispositif de traitement d'un matériau de protection électriquement isolant destiné à recouvrir au moins une surface d'un composant électrique à isoler comprenant au moins un contact électrique, le dispositif comprenant : des moyens configurés pour mélanger une matrice hôte électriquement isolante avec une charge particulaire de permittivité diélectrique supérieure à celle de la 15 matrice hôte, de façon à obtenir un mélange composite homogène ; des moyens configurés pour recouvrir le mélange composite homogène sur ladite au moins une surface du composant électrique à isoler ; le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (150 ; 170) configurés pour appliquer un champ électrique au mélange composite homogène à l'aide dudit au moins 20 un contact électrique.