Brevet FR3089749A1 — publié le 20200612

Description Titre de l'invention : Module électronique [0001] L'invention porte sur un module électronique TML (en anglais Transfer Molded Leadframe soit en français kuTe bus moulé par transfert), notamment pour machine électrique tournante, comprenant un surmoulage de maintien de broches. [0002] De manière connue, la technologie TML est utilisée pour la fabrication de modules électronique par exemple destinés à alimenter un moteur électrique. [0003] La demande de brevet US2010140786 Al présente un module électronique réalisé grâce à cette technologie TML. [0004] Dans un tel module électronique, des composants sont montés sur des traces transmettant un signal de puissance ou de commande aux composants. Un isolant électrique est surmoulé sur les traces et les composants. L'isolant électrique est par exemple une résine thermodurcissable de type époxy. Un tel isolant électrique permet notamment un maintien mécanique entre les traces et les composants. Certaines traces s'étendent hors de l'isolant électrique notamment pour permettre des connexions électriques. Certaines traces sont destinées, par exemple, à alimenter une machine électrique. D'autres traces, ou broches de contrôle, sont destinées à transmettre un signal de commande à un module de contrôle. Le module de contrôle est par exemple une carte de contrôle positionnée parallèlement à la partie recouverte de l'isolant électrique du module électronique et à distance de celle-ci. Les broches de contrôle s'étendent donc entre l'isolant électrique surmoulé et le module de contrôle. [0005] Lors du transport les broches de contrôle risquent d'être déformées. Cela entraîne des difficultés voire une impossibilité à connecter les broches de contrôle au module de contrôle. Par exemple dans le cas de broches de contrôle traversant la carte de contrôle dans des ouvertures réalisées dans la carte de contrôle, il est nécessaire d'avoir un bon positionnement des broches de contrôle par rapport au module de contrôle ce qui est rendu impossible si les broches de contrôle sont déformées. [0006] Dans ce type de réalisation il est également nécessaire de respecter un posi- tionnement précis entre l'extrémité des broches de contrôle et le module de contrôle pour pouvoir réaliser une soudure ou une brasure de qualité entre les broches de contrôle et le module de contrôle. La longueur des broches de contrôle, leur possible déformation ainsi que les tolérances de positionnement entre le module de contrôle et la partie recouverte de l'isolant électrique du module électronique rendent difficile le positionnement précis et donc risquent d'entraincr la réalisation de mauvaises soudures ou de mauvaises brasures. [0007] La présente invention vise à supprimer tout ou partie de ces inconvénients. [0008] L'invention porte sur un module électronique comprenant : 2 - un composant électronique, - au moins deux traces pour transmettre un signal de puissance ou de commande au composant, - un premier hoiticr surmoulé sur le composant électronique et sur les deux traces, et un deuxième boîtier de maintien mécanique des deux traces, disposé à distance du premier boîtier. [0009] Le deuxième boitier de maintien permet un maintien relatif entre les traces. Grâce à ce maintien, les traces, ou broches, peuvent avoir une position relative plus précise. Le positionnement entre les broches et un module électronique secondaire, tel un module de contrôle, est alors facilité. Cc bon positionnement permet en particulier l'insertion des broches dans le module électronique secondaire sans risquer de tordre les broches lors de leur insertion dans des trous de connexion du module électronique secondaire. [0010] Par exemple, le premier et le deuxième hoiticr ne sont reliés entre eux que par les traces. Le décalage le long des traces entre le premier hoiticr et le deuxième hoiticr peut permettre de ménager une zone de pliage des traces. [0011] Le deuxième hoiticr de maintien permet également un positionnement précis des ex- trémités des traces, ou broches, par rapport au module électronique secondaire. Ce positionnement précis facilite la connexion électrique entre les broches et le module électronique secondaire. 11 permet notamment la réalisation de soudure/brasure de bonne qualité entre les broches et le module électronique secondaire grâce à la technique de soudure/brasure à la vague. En effet cette technique de soudure/brasure nécessite que les traces dépassent d'une longueur précise des trous de connexion du module, ici le module électronique secondaire, avec lequel une connexion électrique doit être réalisée. La longueur de dépassement des traces est par exemple 1,2mm +/-0,4mm [0012] Le module électronique secondaire est par exemple une carte électronique supportant des composants électroniques. La carte électronique comporte des trous de connexion dans lesquels sont insérées les traces, ou broches. Le deuxième boitier de maintien permet d'obtenir un positionnement précis des extrémités des traces par rapport à la face de la carte électronique par laquelle les traces sortent des trous de connexion. [0013] Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, le deuxième boitier est surmoulé. [0014] La technique du surmoulage permet d'assurer un bon positionnement des traces entre elles et par rapport au deuxième boitier. [0015] La partie des traces qui est surmoulée par le deuxième boitier peut comprendre un élément de maintien, notamment une excroissance et/ou une encoche et/ou un pliage, de manière à améliorer la fixation entre les traces et le deuxième boitier surmoulé. [0016] Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, le premier boitier et le deuxième boitier sont réalisés dans le même matériau. 3 [0017] La réalisation du premier boitier et du deuxième boiticr dans le même matériau permet une simplification de la fabrication du module électronique. Grâce à cette caractéristique, il est possible de réaliser le premier boiticr et le deuxième boitier lors d'une opération de moulage unique. [0018] Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, le matériau du premier boitier et du deuxième boitier est une résine époxy. [0019] Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, le deuxième boiticr comporte un moyen de positionnement par rapport à un module électronique secondaire, notamment un module de contrôle destinée à contrôler le module électronique, le module électronique étant notamment une carte de contrôle. [0020] L'utilisation d'un moyen de positionnement permet de simplifier la fabrication et la mise en forme des broches. En effet sans moyen de positionnement, il est nécessaire de mettre en forme l'extrémité des broches notamment en forme de pointe de diamant. Grâce à l'utilisation du moyen de positionnement cette opération couteuse de mise en forme n'est plus nécessaire. [0021] Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, le moyen de positionnement comprend des protubérances formées dans le deuxième boitier surmoulé. [0022] Les protubérances peuvent servir de moyen de positionnement. Le coût de cette solution est particulièrement faible. En effet les formes nécessaires au positionnement sont obtenues directement lors de l'opération de moulage du deuxième boiticr. [0023] Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, le moyen de positionnement comprend un pion. [0024] Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, le pion est formé dans le même matériau qu'une des traces. [0025] La réalisation du pion dans le même matériau qu'une des traces permet de simplifier le procédé de fabrication du module électronique. Cela permet notamment d'éviter la manipulation du pion, le pion pouvant être solidaires des traces lors de l'opération de moulage du deuxième boitier. [0026] Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, le moyen de positionnement est rapporté dans le deuxième boitier. [0027] Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, le deuxième boitier comprend une surface recevant un joint d'étanchéité. [0028] L'utilisation d'un joint sur le deuxième boitier permet, par exemple, d'assurer une étanchéité entre deux zones situées de part et d'autre du deuxième boitier le long des traces. Le joint peut, par exemple, être en contact avec une surface d'un boitier support séparant ces deux zones. Grâce à ce joint il est alors possible d'utiliser un gel de protection dans une de ces zones en évitant que le gel ne pénètre dans l'autre de ces zones. [0029] Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, une surface périphérique du deuxième hoiticr est apte à épouser la forme d'une cheminée d'un hoiticr support sur lequel est fixé le module électronique secondaire. [0030] Cette caractéristique permet également d'assurer une étanchéité entre deux zones situées de part et d'autre du deuxième hoiticr le long des traces. [0031] Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, le module électronique comprend un deuxième composant électronique sur lequel est surmoulé le deuxième hoiticr. [0032] L'intégration de composant permet d'augmenter la compacité du module élec- tronique. Par exemple le hoiticr d'un module électronique de type TML peut présenter une forme globalement plate. L'utilisation d'un deuxième hoiticr en plus du premier hoiticr peut permettre de réduire la surface du premier hoiticr en intégrant des composants dans le deuxième hoiticr qui peut être situé dans un plan différent grâce à la possibilité de pliage des traces entre le premier hoiticr et le deuxième hoiticr. [0033] De plus le deuxième hoiticr peut permettre l'utilisation de composant ayant par exemple une tenue en température plus faible que le composant sur lequel est surmoulé le premier hoiticr. Par exemple en cas de surchauffe du composant surmoulé dans le premier hoiticr, il est utile de disposer, dans le deuxième hoiticr, de composants destinés à surveiller le composant surmoulé dans le premier hoiticr pour contrôler un dispositif de sécurité. [0034] L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'exemples non limitatifs de mise en oeuvre de celle-ci et à l'examen du dessin annexé sur lequel : - la représente, en vue éclatée, un onduleur de machine électrique comprenant un module électronique selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la représente, le module électronique de la figure 1, - la représente, en vue en coupe partielle, l'onduleur de la figure 1, - la représente, en vue en coupe partielle, un onduleur de machine électrique comprenant un module électronique selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, - la représente, en vue en coupe partielle, un onduleur de machine électrique comprenant un module électronique selon un troisième mode de réalisation de l'invention, - la représente, en vue en coupe partielle, un onduleur de machine électrique comprenant un module électronique selon un quatrième mode de réalisation de l'invention, - la représente, un module électronique selon un cinquième mode de réalisation de l'invention, - la représente, le module électronique de la figure 7 dans une première étape intermédiaire de fabrication, - la [fig.1] représente, le module électronique de la figure 7 dans une deuxième étape intermédiaire de fabrication. [0035] Sur toutes les figures, les éléments identiques ou assurant la même fonction portent les mêmes numéros de référence. Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d'autres réalisations. [0036] La figure 1 représente un onduleur de machine électrique tournante. L'onduleur est un convertisseur de tension connecté entre une source d'alimentation électrique et la machine électrique tournante pour effectuer une conversion entre la tension continue de la source d'alimentation électrique et les tensions de phase de la machine électrique tournante. Un tel onduleur est par exemple utilisé pour alimenter en énergie électrique un moteur-générateur lié en rotation au vilebrequin d'un moteur à combustion interne par l'intermédiaire d'une courroie ou un moteur électrique de propulsion d'un véhicule électrique. [0037] L'onduleur comprend au moins un module électronique 1 monté sur une surface d'échange thermique 22 d'un dissipateur thermique 4. L'échange thermique entre la surface d'échange thermique 22 du dissipateur 4 et le module électronique 1 est réalisé par exemple grâce à un contact, direct ou par l'intermédiaire d'une pate conductrice thermiquement, entre la surface d'échange thermique 22 du dissipateur 4 et le module électronique 1. [0038] L'onduleur comprend également un boitier support 3 sur lequel est fixé un module électronique secondaire comme un module de contrôle 2. Dans l'exemple de la figure 1 le module de contrôle 2 est une carte de contrôle. [0039] Le boitier support 3 est monté sur le dissipateur thermique 4. [0040] La figure 2 représente un premier mode de réalisation du module électronique 1 selon l'invention. Un tel module électronique 1 comprend des composants montés sur des traces de puissance 5 transmettant un signal de puissance des ou aux composants et des traces de contrôle 6 transmettant un signal de contrôle des ou aux composants. Un isolant électrique est surmoulé sur les traces et les composants. Cet isolant électrique forme un premier boitier 7. L'isolant électrique est par exemple une résine thermodurcissable de type époxy. Un tel isolant électrique permet notamment un maintien mécanique entre les traces et les composants. Certaines traces s'étendent hors de l'isolant électrique notamment pour permettre des connexions électriques. Les traces 6 de puissance 5 sont par exemple destinées à alimenter une machine électrique ou recevoir de l'énergie électrique d'une source d'énergie électrique telle une batterie. Les traces de contrôle 6, ou broches de contrôle, sont destinées à la transmission d'un signal de commande entre le module de contrôle 2 et les composants. [0041] Les composants sont par exemple des interrupteurs électroniques commandablcs 19. Les interrupteurs électroniques commandables sont de préférence des transistors, par exemple des transistors à effet de champ à structure métal-oxyde-semiconducteur (de l'anglais « Metal Oxidc Semiconductor Field Effcct Transistor » ou MOSFET) présentant une grille électriquement reliée à une des traces de contrôle 6, et un drain et une source électriquement reliés à deux des traces de puissance 5. [0042] Le module électronique 1 comprend un deuxième hoitier 8. Le deuxième hoitier 8 est surmoulé sur les traces de contrôle 6. Le deuxième hoitier 8 est disposé à distance du premier hoitier 7. Le deuxième boitier permet un maintien des traces de contrôle 6. [0043] Le deuxième boitier 8 est réalisé dans la même matière que le premier hoitier 7. Le deuxième boitier 8 est donc par exemple réalisé dans une résine thermodurcissable de type époxy. [0044] La figure 3 représente le module électronique 1 dans l'environnement de l'onduleur. [0045] Le hoitier support 3 comprend une paroi 24. La paroi 24 comprend une première face 25 et une deuxième face 26 opposée à la première face 25. Le premier hoitier 7 est situé du côté de la première face 25. Le module de contrôle 2 est situé du côté de la deuxième face 26. [0046] Des premiers trous 9 sont formés dans la paroi 24 pour permettre le passage des traces de contrôle 6. [0047] Des deuxièmes trous 10 sont formés dans le module de contrôle 2 pour permettre le passage des traces de contrôle 6 et permettre une connexion électrique entre les traces de contrôle 6 et le module de contrôle 2. [0048] Les traces de contrôle 6 peuvent comprendre une extrémité 23 en forme de pointe de diamant ou forme tronconique. Une telle forme d'extrémité permet de faciliter l'insertion des traces de contrôle 6 dans les premiers trous 9 et les deuxièmes trous 10. [0049] Les premiers trous 9 peuvent par exemple présenter une forme tronconique dont la base la grande est située au niveau de la première face 25. Une telle forme tronconique permet de faciliter l'insertion de traces de contrôle 6 dans les premiers trous 9. [0050] Les traces de contrôle 6 sortent du premier boitier 7 puis traversent le deuxième boitier 8. La face du deuxième boitier 8 par laquelle sortent les traces de contrôle 6 est une face d'appui 27. Lors du montage du boitier support 3 et du module électronique 1, la face d'appui 27 est en contact avec la première face 25 de la paroi 24 du boitier support 3. Grâce à cet appui il est possible d'améliorer la maitrise d'une longueur H correspondant à la longueur des traces de contrôle 6 dépassant du module de contrôle 2 7 par les deuxièmes trous 10. La longueur H est la distance entre l'extrémité 23 des traces de contrôle 6 et une face du module de contrôle par laquelle sortent les traces de contrôle 6. [0051] Cette amélioration de la précision de la longueur H permet une amélioration de la connexion électrique entre les trace de contrôle 6 et le module de contrôle 2. Par exemple la connexion électrique entre les trace de contrôle 6 et le module de contrôle 2 est réalisée par une soudure/brasure à la vague. Grâce à l'amélioration de la maitrise de la longueur H, une longueur H préférée de 1,2mrn +/-0,4mm peut être obtenue. [0052] Cette amélioration de la longueur H est obtenue grâce à une réduction de la longueur de la chaine de cote entre l'extrémité 23 de la trace de contrôle 6 et le module de contrôle 2. En effet la réalisation du deuxième boiticr 8 par surmoulage permet une bonne maitrise de la position de l'extrémité 23 de la trace de contrôle 6 par rapport au deuxième boiticr 8. Le deuxième [initier 8 étant en appui sur le boitier support 3 qui porte le module de contrôle 2, la chaine de cote est très courte. [0053] Les traces de contrôle 6 comprennent dans une zone située entre le premier boiticr 7 et le deuxième boiticr 8 une zone d'adaptation 28. Cette zone d'adaptation permet d'augmenter la capacité de déformation de la trace de contrôle et donc d'éviter des contraintes importantes dans les traces de contrôle 6 ainsi qu'à l'interface entre les traces de contrôle 6 et les premier et deuxième boiticr 7 et 8. [0054] La figure 4 représente un deuxième mode de réalisation du module électronique 100 selon l'invention dans l'environnement de l'onduleur. Ce deuxième mode de réalisation est similaire au premier mode de réalisation. [0055] Cependant, le module de contrôle 2 de l'onduleur étant ici protégé par un gel de protection 11 reçu dans le boitier support 3 et le boitier support 3 comportant les premiers trous 9 de passage des traces de contrôle 6, il peut être nécessaire d'assurer une étanchéité entre les traces de contrôle 6 et le boitier support 3. [0056] Dans ce mode de réalisation l'étanchéité est réalisée grâce à un joint 12 porté par une surface périphérique externe du deuxième boitier 8. [0057] Le boitier support comprend une cheminée 13 à l'intérieur de laquelle les traces de contrôle 6 passent pour rejoindre les trous 9 de la paroi 24 du boitier support. Une surface externe du joint 12 est en contact avec la surface interne de la cheminée 13. Ainsi le joint 12 réalise une première étanchéité entre la cheminée 13 du boitier support 3 et le deuxième boitier 8. Le boitier 8 étant surmoulé sur les traces de contrôle 6, le gel de protection 11 ne peut pas s'écouler entre le deuxième boitier 8 et les traces de contrôle 6. Une deuxième étanchéité entre les traces de contrôle 6 et le boitier 8 est donc assurée. [0058] La première étanchéité et la deuxième étanchéité permettent donc s'assurer l'étanchéité entre le boitier support 3 et les traces de contrôle 6. 8 [0059] La figure 5 représente un troisième mode de réalisation du module électronique 101 selon l'invention dans l'environnement de l'onduleur. Ce troisième mode de réalisation est une variante du deuxième mode de réalisation. [0060] Dans ce troisième mode de réalisation la surface interne de la cheminée 13 présente une dépouille d. Le deuxième hoiticr 8 présente une surface externe qui épouse la forme de la dépouille d de la cheminée 13. L'étanchéité entre le hoiticr support 3 et le deuxième hoiticr 8 est assurée par cette complémentarité de formes entre la dépouille d de la cheminée et la surface externe du deuxième hoiticr 8. [0061] Dans ce troisième mode de réalisation, la maitrisc de la longueur H définie pré- cédemment n'est pas assurée par un contact entre la face d'appui 27 et la première face 25 de la paroi 24 du hoiticr support 3 mais par le contact entre la surface externe du deuxième hoiticr 8 et la dépouille de la cheminée 13. [0062] La figure 6 représente un quatrième mode de réalisation du module électronique 102 selon l'invention dans l'environnement de l'onduleur ici limité au module de contrôle 2 pour faciliter la lecture de la figure. [0063] Cc mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation en cc que le deuxième hoiticr 8 comprend un moyen de positionnement permettant de faciliter l'insertion des traces de contrôle 6 dans les deuxièmes trous 10 du module de contrôle 2. [0064] Le moyen de positionnement peut également faciliter l'insertion des traces de contrôle 6 dans le hoiticr support 3 (non représenté). [0065] Le moyen de positionnement comprend deux pions 14 et 14'. Les deux pions 14 et 14' présentent une extrémité plus longue que les traces de contrôle 6. [0066] Pour faciliter leur insertion dans le module de contrôle 2 les deux pions 14 et 14' peuvent par exemple présenter une extrémité en forme de pointe de diamant. Il est alors possible de ne pas réaliser de forme en pointe de diamant sur les traces de contrôle 6. Cela peut permettre une réduction du coût du module électronique 102. [0067] Dans une variante du quatrième mode de réalisation, les pions 14 et 14' sont réalisés dans la même matière et en même temps que le deuxième boitier 8. [0068] Dans une autre variante de réalisation du quatrième mode de réalisation, les pions 14 et 14' sont des pièces rapportées, par exemple en métal. Le deuxième boitier 8 est surmoulé sur les pions 14 et 14' et les traces de contrôle 6. [0069] Dans une autre variante de réalisation du quatrième mode de réalisation, les pions 14 et 14' sont réalisés dans la même matière que les traces de contrôle 6. [0070] La figure 7 représente un cinquième mode de réalisation de module électronique 103 selon l'invention. Ce mode réalisation est similaire au premier mode de réalisation de l'invention. Cependant un premier composant électronique 15, un deuxième composant électronique 16 et un troisième composant électronique 17 sont connectés électriquement aux traces de contrôle 6 et sont surmoulés avec les traces de contrôle 6 9 dans le deuxième boitier 8. [0071] La figure 7 donne différents exemples d'implantation de composants électroniques. Le premier composant électronique 15 possède deux bornes de connexion. Une borne est connectée électriquement à une trace de contrôle 6. Cette connexion électrique permet également une fixation mécanique du premier composant électronique 15 sur la trace de contrôle 6. Une autre borne du premier composant électronique 15 est connecté électriquement à une autre trace de contrôle par r intermédiaire d'un conducteur électrique 18. Le composant électronique est par exemple un condensateur, une résistance ou une thermistance telle une thermistance à Coefficient de Température Négatif (CTN). [0072] Les deux homes du deuxième composant électronique 16 sont connectées élec- triquement et mécaniquement à deux traces de contrôle 6. Le deuxième composant électronique 16 peut être par exemple un condensateur, une résistance ou une thermistance telle une thermistance à Coefficient de Température Négatif (CTN). [0073] Une trace de contrôle 6 peut aussi être interrompue et former une première partie de trace de contrôle 61 et une deuxième partie de trace de contrôle 62. Une première borne du troisième composant électronique 17 est connectée électriquement à la première partie de trace de contrôle 61 et une deuxième borne du troisième composant électronique 17 est connectée électriquement à la deuxième partie de trace de contrôle 62. Le troisième composant électronique 17 est par exemple un fusible ou un shunt. [0074] Les figures 8 et 9 représentent le module électronique 103 à différentes étapes de sa fabrication. [0075] Les composants électroniques sont soudés/brasés sur une plaque métallique 20 re- groupant l'ensemble des traces de puissances 5 et des traces de contrôle 6 ainsi que des zones de préhension 29 du module électronique 103. Ces zones de préhension 29 sont utiles pour déplacer le module électronique non fini dans les différentes étapes qui constituent son procédé de fabrication. Les traces de puissance 5, les traces de contrôle 6 et les zones de préhension 29 sont liées entre elles par des zones de liaison 21. [0076] La figure 8 représente la plaque métallique 20 sur laquelle a été soudés/brasés les in- terrupteurs électroniques commandables 19, le premier composant électronique 15, le deuxième composant électronique 16 et le troisième composant électronique 17. [0077] La figure 9 représente le module électronique dans son état représenté sur la figure 8 auquel le premier boitier 7 et le deuxième boitier 8 ont été ajoutés. Le premier boitier 7 et le deuxième boitier 8 sont réalisés de manière préférentielle en une seule étape de surmoulage. [0078] Dans une étape ultérieure du procédé de fabrication du module électronique 103, les zones de préhension 29, les zones de liaison 21 sont découpées et séparées du module électronique. [0079] Dans une étape ultérieure du procédé de fabrication du module électronique 103, les traces de puissance 5 et les traces de contrôle 6 sont pliées pour leur donner leur forme définitive. Par exemple les traces de contrôle sont pliées à 90° de manière à permettre leur insertion dans les trous 9 et les trous 10. [0080] Dans un autre mode réalisation non représenté, le deuxième boitier 8 est surmoulé sur les traces de puissance 5. [0081] Dans un autre mode de réalisation non représenté, le deuxième boiticr 8 est surmoulé seulement sur certaines traces de contrôle 6 et/ou certaines de traces de puissance 5. [0082] Selon l'invention, les caractéristiques des différents modes dc réalisation décrits peuvent être combinées. 11