Brevet FR3087578A1 — publié le 20200424

BOITIER POUR MODULE ELECTRONIQUE DE PUISSANCE ET PROCEDE DE FABRICATION D'UN TEL BOITIER DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne le domaine de l'électronique de puissance. Elle se rapporte aux boitiers pour modules électroniques de puissance. ETAT DE L'ART Le document US-A1-8 112 853 décrit un onduleur comprenant six composants à semi-conducteur de puissance commandés et une capacité de découplage. Ces composants à semi-conducteur de puissance sont généralement pilotés de l'état passant et l'état bloqué et vice versa par des signaux distribués par des circuits de commande et de contrôle (non représentés). Des barres-bus sont utilisées pour assurer la connexion électrique entre des capacités et des connectiques d'entrée du dispositif module de puissance. Un des inconvénients majeurs d'un tel dispositif d'électronique de puissance réside dans le fait que les inductances parasites de la boucle de puissance sont liées en partie à des contraintes physiques comme la taille des condensateurs, leurs connectiques, et l'interconnexion entre les condensateurs de découplage et les composants à semi-conducteur de puissance. Ces inductances sont à l'origine de l'apparition de surtension aux bornes des composants à semi-conducteur de puissance lors de forte variation de courant et peuvent amener à la destruction des composants à semi-conducteurs de puissance formant les composants à semiconducteur de puissance si leur marge de sécurité en tenue en tension n'est pas suffisante. En effet, des valeurs d'inductance parasites de l'ordre de centaine de nano henry impactent fortement la performance des composants à semi-conducteur de puissance notamment pour les fonctions nécessitant une forte variation du courant en fonction du temps lors de leur commande entre l'état bloqué à l'état passant et vice versa. 2 Ainsi, afin de réduire les inductances entre les condensateurs de découplage et les modules d'électronique de puissance, les condensateurs de découplage sont positionnés au plus proche des composants à semi-conducteur de puissance. Les condensateurs électrolytiques ou les condensateurs films sont 5 habituellement connectés aux connectiques métalliques ou à la métallisation d'une barre-bus par brasure ou par vissage. Cependant ces techniques de fixation présentent plusieurs inconvénients. En effet, un assemblage par vissage de chaque condensateur sur les connectiques métalliques est un processus long et, par conséquent, coûteux. Les connectiques fixées par brasage présentent quant à elles 10 des problèmes de fiabilité lors des chocs thermiques ou lorsqu'elles sont soumises aux vibrations. De plus, avec ces techniques de fixation des condensateurs, le transfert thermique n'est également pas optimal du fait de l'absence d'une interface efficace entre les condensateurs et un refroidisseur. Pour remédier à ces inconvénients, il a été proposé plusieurs solutions. 15 Le document US-A1-9 615 490 propose de remédier au problème de refroidissement des condensateurs et de fiabilité des connectiques. Pour cela, ce document décrit un module présentant une plaque froide sur laquelle est placé le module et présentant une poche dimensionnée pour recevoir un condensateur de découplage permettant ainsi l'intégration physique du condensateur de découplage 20 directement dans la plaque froide. Ce module permet ainsi d'augmenter la fiabilité aux vibrations et chocs thermiques des connectiques et d'assurer le refroidissement des condensateurs sur la plaque froide des modules. Le document US-A1-8 787 003 décrit un module comportant des 25 condensateurs connectés entre eux, pour former un bloc capacitif, et avec l'extérieur. Ce module est ensuite relié mécaniquement et thermiquement à une plaque froide proche d'un module de puissance. Une barre-bus (ou des plaques métalliques) vient ensuite connecter électriquement le condensateur et le module de puissance. Le module de condensateur comprend un substrat ayant une métallisation sur un premier côté du substrat, une pluralité de connecteurs électriquement couplés à la métallisation et une pluralité de condensateurs disposés sur la métallisation. La 3 pluralité de condensateurs comprend un premier ensemble de condensateurs connectés électriquement en parallèle entre un premier ensemble de connecteurs et un second ensemble de connecteurs. Le module de condensateur comprend en outre un boîtier renfermant la pluralité de condensateurs à l'intérieur du module de 5 condensateur. Cette solution permet de refroidir les condensateurs, d'améliorer la fiabilité au niveau de la connexion des condensateurs et de réduire les inductances parasites. Enfin, le document US-A-5 142 439 décrit un module de condensateur céramique à haute tension et à faible volume, comprenant des condensateurs à puce 10 à montage en surface, et pouvant être intégré dans divers systèmes électriques de manière à minimiser l'inductance parasite. Ce module permet de réduire les inductances parasites, d'augmenter la tenue aux vibrations et aux chocs thermiques. Ces différentes solutions de l'art antérieur, bien qu'acceptables, sont complexes, coûteuses et ne donnent pas entière satisfaction quant à la compacité. 15 Un but de la présente invention est de proposer une solution simple et efficace exempte des inconvénients susmentionnés. EXPOSE DE L'INVENTION A cet effet, l'invention concerne un boitier pour module électronique de 20 puissance, caractérisé en ce qu'il comporte une paroi intérieure électriquement conductrice et une paroi extérieure électriquement conductrice entre lesquelles est ménagé un espace configuré pour recevoir une résine diélectrique, chaque paroi du boitier comprenant un capot supérieur de fermeture, et en ce que les parois intérieure et extérieure du boitier sont reliées mécaniquement et électriquement à un substrat 25 métallisé et formant des électrodes d'un condensateur. Le boitier selon l'invention présente plusieurs avantages intéressants. Notamment : la fonctionnalisation du boitier du module électronique de puissance qui sert d'électrode pour un condensateur, 4 les parois du boitier formant les électrodes d'un condensateur, par exemple de découplage permet à ce dernier d'être au plus proche des composants de puissance du module de puissance, le boitier ainsi constitué peut bénéficier du refroidissement du substrat de 5 sorte qu'il ne nécessite pas de système de refroidissement supplémentaire, une meilleure fiabilité du condensateur de découplage face aux chocs thermiques et aux vibrations. Avantageusement, une face interne de la paroi extérieure du boitier est munie de premières ailettes et une face externe de la paroi intérieure du boitier est munie de 10 secondes ailettes, les parois intérieure et extérieure du boitier étant agencées de sorte à obtenir une alternance de premières ailettes et de secondes ailettes dans l'espace ménagé entre les parois intérieure et extérieure. Ainsi, la surface entre les deux parois du boitier formant les électrodes du condensateur est augmentée, de même que la capacité dudit condensateur. 15 Selon un exemple de réalisation, le capot supérieur extérieur de la paroi extérieure comporte un orifice de passage de la résine diélectrique. De préférence et avantageusement, l'espace ménagé entre la paroi intérieure et la paroi extérieure présente une largeur comprise entre quelques micromètres et quelques millimètres. 20 Ainsi, l'épaisseur du diélectrique est contrôlée, de même que la capacité du condensateur. De préférence et avantageusement, le substrat métallisé est un substrat multicouche ce qui permet la réalisation de câblages complexes tout en assurant une herméticité du boitier. 25 Avantageusement, la résine diélectrique est une résine pure, par exemple du poly(fluorure de vinylidéne) présentant une permittivité élevée. Avantageusement, la résine diélectrique est une résine composite chargée en particules céramiques ou chargée en particules métalliques afin d'améliorer la permittivité. 30 Selon un exemple de réalisation, le boitier est réalisé par fabrication additive directement sur le substrat métallisé. 5 Selon un autre exemple de réalisation, le boitier est rapporté et fixé sur le substrat métallisé par brasage ou frittage. La présente invention concerne également un module électronique de puissance caractérisé en ce qu'il comprend un boitier présentant l'une quelconque 5 des caractéristiques susmentionnées et formant un condensateur de découplage. Un tel module présente plusieurs avantages intéressants, à savoir : la fonctionnalisation du boitier qui permet une forte intégration des condensateurs notamment de découplage, - les parois du boitier formant les électrodes du condensateur permettent une 10 réduction des inductances parasites engendrées par les fils de connexions des condensateurs, - le refroidissement direct du condensateur par le même système de refroidissement que le substrat, - une meilleure fiabilité du module de puissance aux chocs thermiques et aux 15 vibrations. L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un boitier présentant l'une quelconque des caractéristiques susmentionnées, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivante : - on agence les parois intérieure et extérieure du boitier sur le substrat 20 métallisé de sorte à ménager un espace ; on ferme chacune des parois à l'aide du capot supérieur respectif ; on injecte la résine diélectrique sous vide à l'intérieur du boitier à travers l'orifice ménagé dans le capot supérieur extérieur de la paroi extérieure ; on recuit le boitier afin de rigidifier la résine diélectrique. 25 DESCRIPTION DES FIGURES La présente invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d'un exemple non limitatif qui suit, en référence aux dessins annexés sur 30 lesquels : la figure 1 est une vue en perspective éclatée du boitier selon l'invention ; 6 la figure 2 est une vue de détail et en perspective des parois du boitier selon l'invention ; la figure 3 est une vue de dessus des parois du boitier selon l'invention illustrées à la figure 1 ; 5 la figure 4 est une vue en coupe à caractère schématique du boitier selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE Dans le présent exposé, les termes REVENDICATIONS1, Boitier (1) pour module électronique de puissance, caractérisé en ce qu'il comporte une paroi intérieure (2a) électriquement conductrice et une paroi extérieure (2b) électriquement conductrice entre lesquelles est ménagé un espace (E) configuré pour recevoir une résine diélectrique, chaque paroi (2e, 2b) du boitier (1) comprenant un capot (Sa, 3b) supérieur de fermeture, et en ce que les parois intérieure (2a) et extérieure (2b) du boitier (1) sont reliées 10 mécaniquement et électriquement à un substrat métallisé (5) et formant des électrodes d'un condensateur, 2. Boitier (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'une face interne (2b') de la paroi extérieure (2b) du boitier (1) est munie de premières ailettes (6h) et en ce qu'une face externe (2a') de la paroi intérieure (2a) du boitier est munie de secondes ailettes (6e), les parois intérieure (2a) et extérieure (2b) du boitier (1) étant agencées de sorte à obtenir une alternance de premières ailettes (6b) et de secondes ailettes (6e) dans l'espace (E) ménagé entre les parois intérieure (2e) et extérieure (2b). 20 3. Boitier (1) selon l'une des revendications précédentes. dans lequel le capot supérieur extérieur (3b) de la paroi extérieure (2b) comporte un orifice (7) de passage de la résine diélectrique, 4. Boitier (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'espace (E) ménagé entre la paroi intérieure (2e) et la paroi extérieure (2b) présente une largeur de l'ordre de 400pm. 5, Boitier (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le substrat métallisé (5) est un substrat multicouche. 13 6. Boitier (1) selon rune des revendications précédentes, dans lequel la résine diélectrique est une résine pure, par exemple du paiy(fluorure de vinyliderie). 7. Bailler (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la résine diélectrique est une résine composite chargée en particules céramiques ou chargée en particules métalliques, 8. Boitier (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est réalisé par fabrication additive directement sur le substrat métallisé (5). tu 9. S'ailier (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est rapporté et fixé sur le substrat métallisé (5) par brasage ou frittage. 10. Module électronique de puissance caractérisé en ce qu'il comprend un boitier (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes farinant un condensateur de découpage. 11. Procédé de réalisation d'un boitier (1) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivante 20 - on agence les parois intérieure (2e) et extérieure (2b) du boitier (1) sur le substrat métallisé (5) de sorte à ménager un espace (E) ; - on ferme chacune des parois (2a, 2b) à raide du capot supérieur respectif (3a. 3b) ; on injecte la résine diélectrique sous vide à l'intérieur du boitier (1) à 2.5 travers l'orifice (7) ménagé dans ie capot supérieur extérieur (3b) de la paroi extérieure (2b) on recuit le boîtier (1) afin de rigidifier la résine diélectrique.