Brevet FR3076178A1 — publié le 20190628

Unité électronique de puissance et convertisseur de tension le comportant La présente invention concerne une unité électronique de puissance, notamment destinée à être intégrée dans un convertisseur de tension pour véhicule automobile, et destinée à être supportée par un dissipateur thermique. L'invention se rapporte également à un ensemble comportant une telle unité électronique de puissance et un dissipateur thermique la supportant. L'invention concerne également un convertisseur de tension, notamment destiné à alimenter en puissance une machine électrique pour véhicule automobile, comprenant un tel ensemble. Usuellement, une unité électronique de puissance, destinée à alimenter une machine électrique, nécessite un boitier permettant l'isolation électrique de l'unité électronique et la connexion électrique de l'unité électronique de puissance à des éléments électriques de la machine électrique. De telles unités électroniques de puissance comportent un substrat comprenant des traces de puissance surmoulées au moins en partie de matériau isolant électriquement et une face supérieure destinée à recevoir des composants électroniques de manière à être connecté électriquement aux traces de puissance. Afin d'évacuer la température générée par les unités de puissance en fonctionnement, celles-ci sont supportées par un ou des dissipateurs thermiques. Notamment, chaque unité électronique de puissance est généralement pressée, soudée ou collée sur la surface du dissipateur thermique. Une interface thermique, par exemple de la graisse thermique, peut en outre être ajoutée entre l'unité électronique de puissance et le dissipateur thermique afin de favoriser les échanges de chaleur. Néanmoins, il est important de contrôler l'épaisseur de la soudure ou de la colle et de l'interface thermique afin de garantir le bon fonctionnement de l'unité électronique de puissance par des échanges de chaleur vers le dissipateur thermique efficaces. Ainsi, l'invention propose de fournir une unité électronique de puissance permettant de remédier à ce problème. À cet effet, la présente invention a pour objet une unité électronique de puissance, notamment destinée à être intégrée dans un convertisseur de tension 2 pour véhicule automobile, et destinée à être supportée par un dissipateur thermique, comprenant au moins un plot formé et/ ou une rainure formée pour maintenir une distance prédéterminée entre l'unité électronique de puissance et le dissipateur thermique lorsque l'unité électronique de puissance est supportée par le dissipateur 5 thermique. Ainsi, le(s) plot(s) et/ou le(s) rainure(s) de cette unité électronique de puissance forme une entretoise entre l'unité électronique de puissance et le dissipateur thermique garantissant une épaisseur minimum de matériau isolant électriquement (graisse thermique). 10 L'unité électronique de puissance selon l'invention peut également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - l'unité électronique de puissance comprend une pluralité de plots formés pour maintenir une distance prédéterminée entre l'unité électronique de 15 puissance et le dissipateur thermique lorsque l'unité électronique de puissance est supportée par le dissipateur thermique ; - l'unité électronique de puissance comprend une pluralité de rainures formées pour maintenir une distance prédéterminée entre l'unité électronique de puissance et le dissipateur thermique lorsque l'unité électronique de 20 puissance est supportée par le dissipateur thermique ; - l'unité électronique de puissance comprend au moins un premier et un deuxième plot, chaque plot étant formé pour maintenir une distance prédéterminée entre l'unité électronique de puissance et le dissipateur thermique lorsque l'unité électronique de puissance est supportée par le 25 dissipateur thermique, le premier plot a des dimensions différentes du deuxième plot ; - l'unité électronique de puissance comprend au moins une première et une deuxième rainure, chaque rainure étant formée pour maintenir une distance prédéterminée entre l'unité électronique de puissance et le dissipateur 30 thermique lorsque l'unité électronique de puissance est supportée par le dissipateur thermique, la première rainure a des dimensions différentes de la deuxième rainure ; - les surfaces de chaque plot de la pluralité de plots destinées à être en regard du dissipateur thermique lorsque l'unité électronique de puissance est 35 supportée par le dissipateur thermique sont coplanaires ; 3 - les surfaces de chaque rainure de la pluralité de rainures destinées à être en regard du dissipateur thermique lorsque l'unité électronique de puissance est supportée par le dissipateur thermique sont coplanaires ; - l'unité électronique de puissance comprend : 5 - un substrat comprenant une face supérieure et une face inférieure, - au moins un composant électronique agencé sur la face supérieure du substrat plan, et dans laquelle le ou chaque plot est agencé en regard de la face inférieure du substrat plan, et dans laquelle le substrat plan, le au moins un composant 10 électronique et le ou chaque plot sont au moins en partie surmoulés ; - l'unité électronique de puissance comprend : - un substrat comprenant une face supérieure et une face inférieure, - au moins un composant électronique agencé sur la face supérieure du substrat plan, 15 et dans laquelle la ou chaque rainure est agencée en regard de la face inférieure du substrat plan, et dans laquelle le substrat plan, le au moins un composant électronique et la ou chaque rainure sont au moins en partie surmoulés ; - le substrat est de préférence plan ; 20 - le surmoulage est réalisé en moulage par transfert, le ou chaque plot étant réalisé en moulage par transfert ; - le surmoulage est réalisé en moulage par transfert, la ou chaque rainure étant réalisé en moulage par transfert ; - le surmoulage est réalisé en moulage par compression ; 25 - le ou chaque plot étant réalisé en moulage par compression ; - la ou chaque rainure étant réalisé en moulage par compression ; - l'unité électronique de puissance est configurée pour convertir une tension électrique ; - l'unité électronique de puissance est un module électronique de puissance ; 30 - le au moins un composant électronique est une puce électronique semi- conductrice montée sur le substrat ; - le ou chaque composant électronique est brasé, collé ou fixé par frittage sur le substrat ; - le substrat est réalisé en céramique ou en cuivre ; 4 - le surmoulage est réalisé en matériau isolant électriquement, par exemple en résine époxy ; - chaque plot est réalisé en résine époxy ; - chaque plot est réalisé dans un matériau différent de celui du surmoulage ; 5 - chaque rainure est réalisée en résine époxy ; - chaque rainures est réalisée dans un matériau différent de celui du surmoulage ; - le matériau isolant électriquement agencé entre l'unité électronque de puissance et le dissipateur thermique est une graisse thermique ; 10 - le dissipateur thermique est réalisé en matériau ayant une bonne conductivité thermique, de préférence en aluminium, en cuivre ou en céramique. Un autre objet de l'invention concerne un ensemble, notamment destiné à 15 être intégré dans un convertisseur de tension pour véhicule automobile, comprenant au moins une unité électronique de puissance selon l'invention et un dissipateur thermique configuré pour supporter l'unité électronique de puissance, le dissipateur thermique supportant l'unité électronique de puissance. L'ensemble comprenant au moins une unité électronique de puissance selon 20 l'invention et un dissipateur thermique, selon l'invention peut également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - l'ensemble comprend un matériau isolant électriquement agencé entre l'unité électronique de puissance et le dissipateur thermique ; 25 - le dissipateur thermique comprend au moins un plot formé pour maintenir une distance prédéterminée entre l'unité électronique de puissance et le dissipateur thermique. Un autre objet de l'invention porte sur un convertisseur de tension, 30 notamment destiné à alimenter en puissance une machine électrique pour véhicule automobile, comprenant un ensemble selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de modes de réalisation donnés à titre d'exemples non 35 limitatifs et illustrés, accompagnée des figures 1 et 2. Les figures 1 et 2 sont des 5 vues schématiques en section d'un ensemble respectivement selon un premier et un second modes de réalisation de l'invention. Sur les figures, les éléments analogues sont désignés par des références identiques. En outre, les différents éléments ne sont pas nécessairement 5 représentés à l'échelle afin de présenter une vue permettant de faciliter la compréhension de l'invention. L'invention se rapporte à une unité ou module électronique de puissance, notamment destinée à être intégrée dans un convertisseur de tension pour véhicule 10 automobile. Le convertisseur de tension est notamment destiné à transmettre un courant électrique d'une source d'énergie électrique à la machine électrique dans laquelle il est intégré. Une unité électronique de puissance est configurée pour convertir une 15 tension électrique. En particulier, une unité électronique de puissance peut convertir une tension alternative en une tension continue, et inversement. L'unité électronique de puissance est généralement supportée par un dissipateur thermique permettant d'évacuer la chaleur générée par le fonctionnement de l'unité électronique de puissance. 20 Les figures illustrent deux modes de réalisation d'un ensemble 10 selon l'invention comportant une unité électronique de puissance 12, 32 selon l'invention et un dissipateur thermique 14 la supportant. Le dissipateur thermique est réalisé dans un matériau de bonne conductivité thermique, i.e. supérieure à 150 W.m-1.K-1. Par exemple, le dissipateur thermique 25 est en aluminium, en cuivre ou en céramique. L'unité électronique de puissance 12 comprend un substrat 20 comportant une face supérieure 22 et une face inférieure 24. De préférence, les faces supérieure et inférieure du substrat sont planes telle qu'illustrées sur la figure 1. Le substrat 20 comprend au moins une trace de puissance (non illustrée) 30 surmoulée au moins en partie de matériau isolant électriquement, de préférence de matériau plastique. Une trace de puissance est une trace conductrice électriquement, notamment métallique, par exemple une piste de cuivre. Une trace de puissance est notamment configurée pour supporter un courant électrique destiné à circuler dans la machine électrique. 6 Chaque trace de puissance comprend au moins une portion dépourvue de surmoulage, notamment destinée à être connectée électriquement à des éléments électriques extérieurs au module électronique de puissance 12. En outre, l'unité électronique de puissance 12 comprend au moins un 5 composant électronique (non illustré), agencé sur la face supérieure 22 du substrat 20, de sorte à être connecté électriquement à une des traces de puissance. Les composants électroniques peuvent être des puces électroniques semiconductrices, notamment des puces nues, montés sur le substrat. Les composants électroniques peuvent être des transistors. 10 Les composants électroniques sont brasés, collés ou fixés par frittage sur le substrat. Le substrat est réalisé en céramique, en cuivre, en Epoxy ou SMI pour Substrat Métallique Isolé. Selon l'invention, l'unité électronique de puissance 12 comporte en outre au moins un plot 30 formé pour maintenir une distance prédéterminée entre l'unité 15 électronique de puissance et le dissipateur thermique 14 lorsque l'unité électronique de puissance est supportée par le dissipateur thermique. Ainsi, l'invention permet de garantir une épaisseur minimum de matériau isolant électriquement 31, tel que de la graisse thermique, entre l'unité électronique de puissance 12 et le dissipateur thermique 14, lorsque l'unité électronique de 20 puissance est supportée par le dissipateur thermique. De préférence, l'unité électronique de puissance 12 selon l'invention comporte une pluralité de plots formés pour maintenir une distance prédéterminée entre l'unité électronique de puissance et le dissipateur thermique lorsque l'unité électronique de puissance est supportée par le dissipateur thermique. 25 Avantageusement, l'unité électronique de puissance 12 selon l'invention comporte trois plots formés pour maintenir une distance prédéterminée entre l'unité électronique de puissance et le dissipateur thermique lorsque l'unité électronique de puissance est supportée par le dissipateur thermique, tel qu'illustré sur les figures 1 et 2. 30 Les plots peuvent être identiques notamment de même extension longitudinale comme sur la figure 1, en particulier lorsque la face inférieure de l'unité électronique de puissance est plane. Cette configuration est en particulier le cas lorsque la face inférieure 24 du substrat 20 est plane. Néanmoins, en référence à la figure 2, lorsque la face inférieure de l'unité 35 électronique de puissance n'est pas plane, les plots 40 sont formés pour maintenir 7 au moins une distance prédéterminée entre l'unité électronique de puissance et le dissipateur thermique lorsque l'unité électronique de puissance est supportée par le dissipateur thermique. Leurs dimensions et notamment leurs extensions longitudinales peuvent alors varier d'un plot à l'autre. 5 Ce mode de réalisation présente l'avantage de compenser le défaut de planéité de la face inférieure de l'unité électronique de puissance destinée à être en regard du dissipateur thermique. Ce défaut de planéité peut résulter d'une légère incurvation en sortie de fabrication du substrat (non représenté sur la figure 2) due aux contraintes mécaniques du matériau le composant. Les plots permettent ainsi 10 de garantir d'avoir une surface rectifiée « plane », formée par les plots, en appui sur le dissipateur thermique. De préférence, les surfaces dites libres de chaque plot de la pluralité de plots destinées à être en regard du dissipateur thermique lorsque l'unité électronique de puissance est supportée par le dissipateur thermique sont coplanaires permettant 15 ainsi à l'ensemble des surfaces libres des plots de former une surface sensiblement plane destinée à être en appui sur le dissipateur thermique. Avantageusement, le substrat, le au moins un composant électronique et le ou chaque plot sont au moins en partie surmoulés. Dans un mode de réalisation particulier, les plots sont entièrement réalisés 20 lors de l'opération de surmoulage. En d'autres termes, les plots font partie du surmoulage. Ainsi, les entretoises formées par les plots ont un coût de production très faible et la tolérance est très bonne grâce au procédé de surmoulage. De préférence, le surmoulage et notamment le surmoulage du ou chaque 25 plot, est réalisé en moulage par transfert. Cette technique présente l'avantage d'être très économique et de ne nécessiter aucune pièce supplémentaire pour la réalisation des plots. Néanmoins, selon d'autre modes de réalisation, le surmoulage, et notamment le surmoulage du ou chaque plot, peut être réalisé par compression. 30 Le surmoulage est réalisé en matériau isolant électriquement, par exemple en résine époxy. Les plots sont réalisés en résine époxy. Les plots peuvent également être réalisés dans un matériau différent du surmoulage selon d'autres modes de réalisation. 8 Selon un autre mode de réalisation de l'ensemble formé par le dissipateur thermique et l'unité électronique de puissance, le dissipateur thermique peut également comprendre au moins un plot formé pour maintenir une distance prédéterminée entre l'unité REVENDICATIONS1. Unité électronique de puissance (12), notamment destinée à être intégrée dans un convertisseur de tension pour véhicule automobile, et destinée à être supportée par un dissipateur thermique (14), comprenant au moins un plot (30 ; 40) et/ou une nervure formé pour maintenir une distance prédéterminée entre l'unité électronique de puissance et le dissipateur thermique lorsque l'unité électronique de puissance est supportée par le dissipateur thermique. 2. Unité électronique de puissance selon la revendication précédente, comprenant une pluralité de plots et/ou de nervures formé pour maintenir une distance prédéterminée entre l'unité électronique de puissance et le dissipateur thermique lorsque l'unité électronique de puissance est supportée par le dissipateur thermique. 3. Unité électronique de puissance selon la revendication précédente, dans laquelle l'unité électronique de puissance comprend au moins un premier et un deuxième plot et/ou au moins une première et une deuxième rainure, chaque plot et/ou chaque rainure étant formé pour maintenir une distance prédéterminée entre l'unité électronique de puissance et le dissipateur thermique lorsque l'unité électronique de puissance est supportée par le dissipateur thermique, le premier plot a des dimensions différentes du deuxième plot et/ou la deuxième rainure à des dimensions différentes de la deuxième rainure. 4. Unité électronique de puissance selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle, les surfaces de chaque plot de la pluralité de plots et/ou de chaque rainure de la pluralité de rainures destinées à être en regard du dissipateur thermique lorsque l'unité électronique de puissance est supportée par le dissipateur thermique sont coplanaires 5. Unité électronique de puissance selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'unité électronique de puissance (12) comprend : - un substrat (20) comprenant une face supérieure (22) et une face inférieure (24), - au moins un composant électronique agencé sur la face supérieure (22) du substrat plan, - 10 - le ou chaque plot (30; 40) et/ou la ou chaque rainure est agencé en regard de la face inférieure (24) du substrat, et dans laquelle le substrat, le au moins un composant électronique et le ou chaque plot et/ou la ou chaque rainure sont au moins en partie surmoulés. 5 6. Unité électronique de puissance selon la revendication précédente, dans laquelle le surmoulage est réalisé en moulage par transfert ou par compression, le ou chaque plot et/ou la ou chaque rainure étant réalisé en moulage par transfert ou en moulage par compression. 10 7. Ensemble (10), notamment destinée à être intégré dans un convertisseur de tension pour véhicule automobile, comprenant au moins une unité électronique de puissance (12) selon l'une des revendications 1 à 7 et un dissipateur thermique (14) configuré pour supporter l'unité électronique de puissance, le dissipateur thermique 15 supportant l'unité électronique de puissance. 8. Ensemble selon la revendication précédente, comprenant un matériau isolant électriquement agencé entre l'unité électronique de puissance et le dissipateur thermique. 9. Ensemble selon l'une des revendications 7 ou 8, dans lequel le dissipateur thermique comprend au moins un plot et/ou une rainure formé pour maintenir une distance prédéterminée entre l'unité électronique de puissance et le dissipateur thermique. 10. Convertisseur de tension, notamment destiné à alimenter en puissance une machine électrique pour véhicule automobile, comprenant un ensemble selon l'une des revendications 7 à 9. 20 25 30 35