Brevet FR3091015A1 — publié le 20200626

Description Titre de l'invention : MODULE ELECTRONIQUE, CARTE ELECTRONIQUE ET PROCEDES ASSOCIES [0001] La présente invention concerne le domaine des cartes électroniques équipant un aéronef, et plus particulièrement la réalisation et l'utilisation de modules électroniques implantés sur des cartes électroniques. [0002] Une carte électronique intègre généralement plusieurs composants électroniques discrets, de différents types, notamment des puces semi-conductrices. [0003] La carte électronique peut comprendre des puces semi-conductrices agencées de manière à réaliser une fonction d'interrupteur statique de puissance connue par les anglo-saxons sous l'acronyme SSPC (Sol id State Power Controller). [0004] Un aéronef comprend différents types de contrôleurs de puissance configurés pour des gammes de puissance différentes comprenant unc pluralité de puces électroniques. [0005] 11 est connu une carte électronique comprenant unc pluralité de puces électroniques, chaque puce électronique étant encapsulée dans un boîtier fixé sur la surface d'implantation et de dimensions standardisées. [0006] Cependant, la masse du boîtier est importante par rapport à la taille de la puce en- capsulée. [0007] De plus, la surface disponible pour implanter les boîtiers comprenant chaque puce n'est pas optimale du fait de la surface prise par les boîtiers. De manière générale, plus la puissance dissipée par la puce est importante, plus l'encombrement du boîtier est important. [0008] 11 est également connu des cartes électroniques dans lesquelles lesdites puces élec- troniques sont fixées directement sur une surface d'implantation de la carte. [0009] Cependant, un tel procédé de fabrication est une opération longue et complexe, car il ne doit pas endommager les puces électroniques, notamment lors de leur brasage sur la surface d'implantation et/ou du soudage des connexions filaires sur la puce. [0010] De plus, en cas de défaillance d'une puce, il est nécessaire de remplacer la carte élec- tronique entièrement, ce qui engendre un surcoût important. [0011] En outre, pour chaque contrôleur de puissance à semi-conducteurs pilotant des puissances différentes, il est nécessaire de définir autant de cartes que de gammes de puissance. [0012] La conception d'une carte est une étape nécessitant une durée de développement longue. [0013] Le but de l'invention est donc de pallier les inconvénients précités, et de proposer un module électronique utilisable pour plusieurs types de cartes et facilement inter- 2 changeable. [0014] Au vu de cc qui précède, l'invention propose un module électronique pour aéronef comprenant un substrat destiné à être fixé sur une carte d'un circuit contrôleur de puissance à semi-conducteurs (SSPC). [0015] Le module comprend une pluralité de puces montées sur le substrat et surmontées d'un élément de protection, lesdites puces étant destinées à être connectées à la carte par l'intermédiaire du substrat. [0016] L'invention permet de réparer la carte plutôt que de procéder à son remplacement, cc qui limite les coûts de production et d'exploitation. [0017] Selon une caractéristique, au moins deux puces sont interconnectées électriquement entre elles. [0018] Dc préférence, au moins une puce comprend au moins un composant semi- conducteur notamment un transistor. [0019] Avantageusement, les puces interconnectées entre elles sont montées en série et/ou en parallèle. [0020] Selon une caractéristique, les puces sont connectées électriquement par des pastilles électriques sur le substrat et/ou des liaisons filaires. [0021] Dc préférence, les puces sont connectées sur le substrat de façon à former un ou plusieurs interrupteurs de puissance. [0022] Avantageusement, le substrat est destiné à être fixé sur la carte par brasage, collage ou par des moyens de fixation mécaniques. [0023] Selon une autre caractéristique, l'élément de protection comprend une protection mécanique ou une résille d'encapsulation. [0024] L'invention a également pour objet une carte d'un contrôleur de puissance à semi- conducteurs (SSPC) comportant au moins un module tel que défini précédemment reliés électriquement entre eux. [0025] Selon une caractéristique, la carte comprend une pluralité de modules identiques ou différents interconnectés entre eux. [0026] De préférence, la carte est configurée de manière à recevoir une pluralité de confi- gurations différentes de modules. [0027] Avantageusement, la carte comprend en outre des moyens de détection de défaillance d'au moins un module. [0028] Le module de l'invention peut être fabriqué selon un procédé de fabrication dans lequel on implante au moins deux puces électroniques sur le substrat, on connecte électriquement les puces au substrat, on recouvre les puces et les connexions électriques d'un élément de protection. [0029] De préférence, on sérigraphie des pistes ou pastilles d'interconnexion et on réalise des connexions électriques par des liaisons filaires. 3 [0030] Avantageusement, on fixe au moins un module tel que défini précédemment sur la carte électronique. [0031] Selon une caractéristique, on détecte la défaillance d'au moins un module. [0032] La carte électronique de l'invention peut être réparée selon le procédé de réparation dans lequel : [0033] - on retire un module fixé sur la carte électronique ; et [0034] - on fixe un nouveau module sur la carte électronique, notamment par brasage, collage ou par des moyens de fixation mécaniques. [0035] D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessous annexés sur lesquels : [0036] [fig.1] illustre un mode de réalisation d'une carte électronique ; [0037] [fig.2] [0038] [fig.3] illustrent des vues en perspective d'un module électronique selon l'invention ; [0039] [fig.4] illustre un exemple de mode de réalisation d'une carte électronique selon l'invention [0040] [fig.5] illustre un procédé de fabrication du module électrique selon l'invention ; et [0041] [fig.6] illustre un procédé de fabrication d'un contrôleur de puissance à semi-conducteurs (SSPC) selon l'invention. [0042] On se réfère à la figure 1 qui illustre un mode de réalisation d'une carte électronique 1 comprenant ici un seul module électronique 2. [0043] La carte électronique 1 comprend une surface d'implantation 3 sur laquelle est implanté le module 2 de sorte que le module soit entouré d'une zone réservée 4. [0044] Le module 2 comprend une première face 2a par laquelle il vient se fixer sur la surface d'implantation 3 et une deuxième face 2b opposée à la première face 2a. [0045] La carte 1 peut comprendre en outre des composants électroniques et des pistes sur sa surface d'implantation 3 et sur la face opposée à celle sur laquelle est implanté le module 2. [0046] Les composants électroniques sont distincts des modules 2. Les composants élec- troniques peuvent être par exemple des résistances ou des condensateurs. [0047] La deuxième face 2b du module 2 comprend un élément de protection qui permet d'assurer la protection mécanique des puces 8, des liaisons filaires et des pistes. [0048] L'élément de protection comprend une résine d'encapsulation 6. [0049] Comme représenté sur les figures 2 et 3, le module 2 peut comprendre un cadre rigide 5, par exemple en époxy, qui délimite un espace sur le module qui est rempli par la résine 6. [0050] Selon un autre mode de réalisation, le module 2 ne comporte pas de cadre rigide en zone périphérique. [0051] Selon ce mode de réalisation, la résine 6 est déposée par un procédé de remplissage connu par les anglo-saxons sous les ternies « dam and fill ». [0052] Selon encore un autre mode de réalisation, l'élément de protection comporte une protection mécanique, par exemple un boîtier réalisé par exemple en céramique, métal ou plastique. [0053] La zone réservée 4 est une zone ne comportant aucun composant électronique. Ladite zone 4 est dimensionnée de sorte que lors d'une défaillance du module, il soit aisé d'extraire le module 2 défaillant de la carte 1 et dc le remplacer par un module identique. Le remplacement peut se faire en dessoudant le module défaillant et en brasant un module identique à la place du module défaillant. [0054] La zone réservée 4 permet de protéger les autres composants implantés sur la carte 3 en limitant l'impact du chauffage généré par les opérations de dessoudage et dc brasage sur ces derniers. [0055] Selon d'autres modes de réalisation non représentés, le module 2 peut être collé ou être fixé par des moyens de fixation mécaniques sur la carte 3. [0056] Ainsi, le module 2 est interchangeable et la présence d'un seul module défaillant ne nécessite pas le remplacement de l'ensemble de la carte. [0057] La figure 2 illustre une vue en perspective de la deuxième face 2b d'un mode de réa- lisation du module 2 dans lequel la résine d'encapsulation 6 a été retirée. [0058] Selon ce mode de réalisation, le cadre 5 entoure le périmètre extérieur d'un substrat 7. [0059] Le substrat 7 comporte une face support sur laquelle est montée une pluralité de puces électroniques 8 connectés électriquement au substrat. La connexion électrique peut être réalisée par brasage, par l'intermédiaire de pastilles électriques 9 par exemple en cuivre ou en alumine, et/ou par des liaisons filaires 10. [0060] Le substrat comporte une face de connexion opposée à la face support, ladite face de connexion étant destinée à être fixée sur la carte. Ladite face de connexion comporte des pistes et/ou des pastilles électriques destinées à assurer le contact électrique avec la carte. [0061] Les puces 8 peuvent être connectées électriquement entre elles en série et/ou en parallèle. [0062] Chaque puce 8 peut être brasée sur le substrat 7 et comprend par exemple un composant semi-conducteur, notamment un transistor. [0063] Le cadre 5 en résine époxy permet de délimiter la zone où la résine est déposée. [0064] En référence à la figure 3, qui illustre la première face 2a du module 2 en contact avec la surface d'implantation 3, la face du substrat 7 en contact avec la surface d'implantation 3 comprend des plages conductrices 12 et 13, par exemple en cuivre ou en alumine, reliant les puces électroniques 8 à des contacts réalisés sur la surface d'implantation 3. [0065] Les plages électriques référencées 12 et 13 sont reliées par exemple par un procédé de brasage à la surface d'implantation 3. [0066] L'architecture électrique du module 2 et les circuits électriques 8 sont choisis de sorte que le module 2 effectue des fonctions de hase et pour que le module 2 puisse être réutilisé pour créer de nouvelles cartes électroniques réduisant la durée de développement des nouvelles cartes. [0067] L'invention permet de manière avantageuse de créer toutes les cartes de contrôle de puissance d'un aéronef (SSPC) à partir d'un nombre restreint de modules différents, par exemple deux types de module 2 différents. On peut par exemple utiliser un premier type de module avec six puces semi-conductrices et un deuxième type de module comprenant quatre puces semi-conductrices. [0068] Les dimensions du module 2 sont déterminées selon le nombre et les dimensions des puces électroniques 8, et de manière à réduire la surface occupée par le module 2 sur la surface d'implantation 3. [0069] Ainsi, la taille de la carte 1 est diminuée permettant également de diminuer la masse du module 2 par rapport à un boîtier standard. [0070] Ainsi, sur une même surface d'implantation 3, le nombre de circuits électroniques est plus élevé que dans le cas des solutions d'implantation connues. [0071] La figure 4 illustre un exemple de mode de réalisation d'une carte électronique, par exemple d'un contrôleur de puissance à semi-conducteurs 14 (SSPC) comprenant une carte électronique 15 et deux modules 16 et 17. [0072] Les modules 16 et 17 sont d'architecture identique à celle du module 2 décrit pré- cédemment. [0073] Les modules 16 et 17 sont implantés sur la carte 15 de sorte que les modules 16 et 17 soient respectivement entourés des zones réservées 16a et 17a. [0074] Les modules 16 et 17 sont électriquement reliés entre eux par exemple par des pistes 18 gravées sur la carte 15. [0075] Des moyens de détection 19 de défaillance sont disposés sur la carte 15 et reliés élec- triquement aux modules 16 et 17. [0076] Les moyens de détection 19 détectent et localisent une éventuelle défaillance des modules 16 et 17 facilitant ainsi le diagnostic de la carte d'un contrôleur de puissance à semi-conducteurs 14. 6 [0077] La figure 5 illustre un procédé de fabrication du module électrique 2. [0078] Lors de l'étape 20, des pistes d'interconnexion pour interconnecter électriquement des puces électriques 8 entre elles et les plages conductrices 12 et 13 sont sérigraphiées sur le substrat 7. Les pastilles électriques 9 recouvertes par la suite par des puces 8 sont aussi sérigraphiées dans cette étape. [0079] Lors de l'étape 21, les puces 8 sont implantées et fixées sur le substrat 7, par exemple par brasage dans un four. [0080] Puis, lors de l'étape 22, les liaisons filaires 10 sont réalisées de sorte à connecter électriquement le substrat 7 et les puces 8. [0081] Lors de l'étape 23, les puces 8, les pistes 9 et les liaisons filaires 10 sont recouvertes de résine 6 formant un élément de protection. [0082] Selon un mode de réalisation, le module 2 comprend un cadre 5. La résine 6 remplit le cadre 5 de manière à recouvrir les circuits électriques 8, les pistes 9 et les liaisons filaires 10. [0083] Pendant cette étape, la résine 6 et le module 2 sont chauffés, la résine 6 étant à l'état liquide durcit avec le chauffage. [0084] On se réfère à la figure 6 qui illustre un procédé de fabrication du contrôleur de puissance à semi-conducteurs 14 (SSPC) comprenant la carte électronique 15 et deux modules 16 et 17. [0085] Lors d'une étape 31, les modules 16 et 17 sont testés pour détecter la défaillance d'au moins un module. [0086] Lorsqu'un module 16, 17 est défaillant, la carte 15 est chauffée localement de manière à désolidariser le module défaillant de la carte. Un autre module identique est solidarisé à la carte à la place dudit module défaillant, par exemple par brasage. [0087] Le contrôleur de puissance à semi-conducteurs 14 peut ainsi être facilement réparé par un chauffage localisé du module défaillant. La zone réservée entourant le module défaillant évite de manière avantageuse d'endommager les pistes et les composants à proximité du module. [0088] De plus le remplacement du module défaillant permet d'éviter de procéder au rem- placement du contrôleur 14 réduisant ainsi l'impact économique d'une défaillance d'un module. [0089] Les procédés de fabrication de la carte électronique et du module électronique sont indépendants. 7 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 11] [Revendication 12]