Brevet FR3145062A1 — publié le 20240719

Ce module d’électronique de puissance (23) comprend un boitier (29), un substrat (31), au moins un composant électronique (33) reporté sur le substrat (31), un gel (35) encapsulant ledit composant électronique (33) sur le substrat (31) et dans le boitier (29), le module électronique de puissance comprenant un écrou (37) taraudé maintenu dans une paroi (39) du boitier (29), une tige (41) filetée s’étendant au travers de l’écrou (37) en dedans et en dehors du boitier (29), et une embase (43) reportée sur le substrat (31) et alignée avec l’axe longitudinal de la tige (41). Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Module d’électronique de puissance La présente invention concerne le domaine des modules électroniques de puissance En particulier, la présente invention concerne des modules électroniques de puissance permettant d’assurer une fonction de conversion d’énergie. Techniques antérieures Les modules électroniques de puissance sont des sous-ensembles de l’électronique de puissance permettant d’intégrer plusieurs composants électroniques de puissance au sein d’un même boîtier pour réaliser des fonctions plus ou moins complexes, telle que la conversion d’énergie. On a représenté schématiquement sur la une vue en coupe d’un ensemble 1 comprenant un module électronique de puissance 3 et un dissipateur thermique 5 selon l’état de la technique. Un module électronique de puissance 3 comprend généralement des composants électroniques 7 assemblés sur un substrat 9 isolant électriquement et conducteur thermiquement. Ces composants électroniques 7 sont reportés dans la majorité des cas par des joints brasés ou frittés 11 sur ledit substrat 9. Les connexions électriques entre les composants électroniques 7 s’effectuent par le substrat 9 et/ou par fils 13, et/ou par rubans, et/ou par clips. Le module électronique de puissance 3 est positionné contre le dissipateur thermique 5 de manière à évacuer la chaleur générée par les composants électroniques 7 lors de leur fonctionnement. Le module électronique de puissance 3 comprend également un gel 15 encapsulant les composants électroniques 7 sur le substrat 9. Un boitier 17 permet de maintenir et de protéger le gel 15, les composant électroniques 7 et le substrat 9. Le substrat 9 comprend généralement une interface thermique 19 avec le dissipateur thermique 5 de manière à pouvoir dissiper la chaleur en dehors du module électronique de puissance 3. Plus il y a de surface de contact entre le substrat 9 et le dissipateur thermique 5 au niveau de l’interface thermique 19, plus la dissipation de chaleur est effective. Néanmoins, certains substrats tels que les SMI (Substrat Métallique Isolé) se déforment lors des opérations d’assemblage du module électronique de puissance, de brasage des composants électronique, d’étuvage ou de collage d’éléments du module de puissance lors de la fabrication dudit module d’électronique de puissance. Cette déformation est généralement due à la différence de dilatation thermique de couches composant le substrat. Cette déformation se manifeste généralement par une cambrure, par exemple concave, qui réduit la surface de contact entre le substrat et le dissipateur thermique, nuisant ainsi à une dissipation de chaleur effective. La déformation est également appelée gauchissement ou « warpage » en termes anglo-saxons. La déformation est généralement inférieure à 150 microns. La présente invention a donc pour but de pallier les inconvénients précités et de fournir un module électronique de puissance ne présentant pas de déformation. La présente invention a pour objet un module d’électronique de puissance comprenant un boitier, un substrat, au moins un composant électronique reporté sur le substrat, un gel encapsulant ledit composant électronique sur le substrat et dans le boitier, le module électronique de puissance comprenant un écrou taraudé maintenu dans une paroi du boitier, une tige filetée s’étendant au travers de l’écrou en dedans et en dehors du boitier, et une embase reportée sur le substrat et alignée avec l’axe longitudinal de la tige. Ainsi, la tige filetée permet d’appuyer, via l’embase, sur le substrat et ainsi de compenser la déformation et de garantir à nouveau une dissipation thermique optimale. Avantageusement, le gel recouvre le substrat sur une épaisseur de gel, la longueur de l’embase étant supérieure à l’épaisseur de gel. Dans un mode de réalisation, ledit composant électronique et l’embase sont reportés sur le substrat par un joint brasé ou fritté. Avantageusement, le substrat est fixé au boitier par des moyens de fixation positionnés aux extrémités dudit substrat. Avantageusement, le substrat est un substrat métallique isolé électriquement et conducteur thermiquement. Dans un mode particulier de réalisation, le substrat comprend une plaque de cuivre de 1 à 3 millimètres d’épaisseur, un isolant de 100 à 200 microns d’épaisseur, et une piste fine de cuivre métallisé sur laquelle sont reportés ledit composant électronique et l’embase. Avantageusement, le boitier comprend un matériau plastique. La présente invention a également pour objet un ensemble comprenant un module d’électronique de puissance tel que défini précédemment, et un dissipateur thermique, le substrat du module d’électronique de puissance comprenant une interface thermique avec le dissipateur thermique, l’interface thermique favorisant l’évacuation de la chaleur générée par le composant électronique vers le dissipateur thermique. La présente invention a encore pour objet un procédé de compensation d’une déformation d’un substrat d’un module électrique de puissance ou d’un ensemble tels que définis précédemment, le procédé comprenant une étape de mesure de la planéité du substrat, une étape de choix d’un filetage pour la tige, une étape de détermination du nombre de tour de rotation à appliquer à la tige, et une étape de vissage de la tige filetée de manière à appuyer sur l’embase avec ladite tige et à réduire la déformation du substrat. Avantageusement, le procédé comprend en outre une étape de vérification de la compensation de la déformation par mesure de l’impédance thermique du module électrique de puissance. 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 dessins annexés sur lesquels : est une vue schématique en coupe d’un ensemble comprenant un module électronique de puissance et un dissipateur thermique selon l’état de la technique ; est une vue schématique en coupe d’un ensemble comprenant un module électronique de puissance et un dissipateur thermique selon l’invention, une déformation du substrat du module électronique de puissance étant visible ; est une vue schématique en coupe d’un ensemble comprenant un module électronique de puissance et un dissipateur thermique selon l’invention, une déformation du substrat du module électronique de puissance étant compensée ; et est une représentation des étapes du procédé de compensation d’une déformation d’un substrat d’un module électronique de puissance selon l’invention. Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation On a représenté schématiquement sur la une vue en coupe d’un ensemble 21 comprenant un module électronique de puissance 23 et un dissipateur thermique 25 selon l’invention et présentant une déformation 27. On a représenté le même ensemble 21 sur la , dans lequel la déformation 27 a été compensée. Le dissipateur thermique 25 comprend par exemple des ailettes métalliques. Le module électronique de puissance 23 comprend un boitier 29, un substrat 31, au moins un composant électronique 33 reporté sur le substrat 31, un gel 35 encapsulant ledit composant électronique 33 sur le substrat 31 dans le boitier 29, un écrou 37 taraudé maintenu dans une paroi 39 du boitier 29, une tige 41 filetée s’étendant au travers de l’écrou 37 en dedans et en dehors du boitier 29, et une embase 43 reportée sur le substrat. Le boitier 29 est par exemple fixé au substrat 31 par des moyens de fixation (non représentés) positionnés aux extrémités dudit substrat 31. Ces moyens de fixations empêchent le substrat 31 de se déformer de manière convexe lorsque le module électronique de puissance 23 est fixé sur le dissipateur thermique 25. En variante, ou additionnellement, le module électronique de puissance 23 est par exemple fixé sur le dissipateur thermique 25 par des vis (non représentées), permettant ainsi d’empêcher le substrat 31 de se déformer de manière convexe. Le substrat 31 a une épaisseur inférieure à un centimètre. Il s’étend dans ses autres dimensions selon un plan, par exemple un plan de forme polygonale. Les moyens de fixation du substrat 31 au boitier 29 sont alors fixés en bordure du polygone définissant la forme du substrat 31. Le boitier 29 peut comprendre un matériau plastique. Il recouvre sans être à son contact une première face 44 du substrat 31 sur laquelle sont reportés les composants électroniques 33. Le substrat 31 est par exemple un substrat de type AMB (« Active Metam Brazed » en terme anglo-saxons), ou de type DBC (« Direct Bonded Copper » en terme anglo-saxons), ou encore de type SMI, autrement dit substrat métallique isolé électriquement et conducteur thermiquement. Dans un mode particulier de réalisation, le substrat 31 comprend une plaque 45 de cuivre de 1 à 3 millimètres d’épaisseur, un isolant 47 de 100 à 200 microns d’épaisseur, et une piste fine 49 de cuivre, par exemple d’épaisseur inférieure à 100 microns. La plaque 45 et l’isolant 47 s’étendent sur tout le plan formé par le substrat 31. La plaque 45 de cuivre est positionnée vers l’extérieur du module électronique de puissance 23 et constitue une deuxième face 51 du substrat 31. Dans un mode de réalisation la deuxième face 51 du substrat 31 constitue une interface thermique 53 avec le dissipateur thermique 25, ce dernier pouvant être positionné directement contre la deuxième face 51 du substrat 31 afin de dissiper la chaleur du module électronique de puissance 23 vers ledit dissipateur thermique 25. Dans un autre mode de réalisation non représenté, la deuxième face 51 du substrat 31 est recouverte par une portion du boitier constituant ainsi l’interface thermique 53 avec le dissipateur thermique 25. L’isolant 47 est laminé sur la plaque 45 de cuivre. L’isolant 47 est réalisé dans un matériau isolant électriquement, afin d’isoler électriquement les composants électroniques 33 de l’environnement extérieur. A l’inverse, l’isolant 47 doit favoriser l’extraction des calories depuis les composants électroniques 33 vers le dissipateur de chaleur 25. Dans ce mode de réalisation la piste fine 49 de cuivre comprend la première face 44 du substrat 31 et accueille un ou plusieurs composants électroniques 33, les composants électroniques 33 étant frittés ou brasés sur la première face 44 du substrat 31. La piste fine 49 intègre des pistes conductrices permettant l’interconnexion des composants électroniques 33. Le module électronique de puissance 23 comprend donc, dans un mode de réalisation, une brasure 55, également appelé joint brasé, ou un joint fritté, entre les composants électroniques 33 et le substrat 31. Le ou les composants électroniques 33 sont par exemple des puces semi-conductrices, et/ou des diodes, et/ou des transistors. En addition d’une interconnexion par le substrat 31, les connexions internes des composants électroniques peuvent être effectuées part fils 57, par rubans ou par clips. En outre, une connexion de puissance 59 ainsi qu’une connexion de signal 61 peuvent être raccordées au substrat 31 et sortir du boitier 29 vers une alimentation ou un autre composant électronique. Le gel 35 permet de maintenir les composants électroniques 33 au contact du substrat 31, et de protéger la piste fine 49 conductrice. L’écrou 37 a le même diamètre interne que le diamètre externe de la tige 41. Le taraudage de l’écrou 37 est également complémentaire avec le filetage de la tige 41 filetée. L’écrou 37 est par exemple assemblé directement dans le matériau du boitier 29. L’épaisseur de l’écrou 37 est par exemple identique à l’épaisseur de la paroi 39 dans laquelle il est maintenu. L’écrou 37 est maintenu dans la paroi 39 de manière à créer un passage entre l’intérieur et l’extérieur du module électronique de puissance 23. Il est positionné de préférence dans une paroi 39 en regard de la première face 44 du substrat 31. L’écrou 37 est de préférence positionné en regard d’une zone centrale du substrat 31. En effet, une zone centrale du substrat 31 est plus susceptible d’être la zone où la déformation 27 du substrat 31 est la plus importante. L’écrou 37 ne doit pas être positionnée en regard direct de composants électroniques 33, l’embase 43 ne pouvant alors pas être fixée alignée avec l’écrou 37. L’embase 43 est reportée sur le substrat 31, par exemple sur la piste fine 49 en cuivre, et optionnellement par un joint brasé ou fritté 55. L’embase 43 est positionnée alignée avec l’axe longitudinal de la tige 41 filetée. L’embase 43 est configurée pour accueillir une extrémité de la tige 41 filetée. Dans un mode de réalisation, l’embase est un plot de section de taille similaire à la section transversale de la tige 41. Ainsi, la tige 41 filetée est maintenue axialement par son filetage dans l’écrou 37, le filetage fonctionnant comme un frein. La tige 41 peut néanmoins être manipulée en rotation de manière à entrer en mouvement selon son axe longitudinal. A cette fin, la tige 41 comprend une tête de préhension 63 par laquelle la rotation peut être appliqué par un outil ou un opérateur. Dans le mode de réalisation illustré sur la , une déformation 27 concave du substrat est représentée, la déformation 27 empêchant un contact optimal entre le substrat 31 et le dissipateur thermique 25. Un mouvement longitudinal de la tige 41 filetée permet alors de venir appuyer ladite tige 41 contre l’embase 43, et finalement de repousser le substrat 31 dans le sens inverse de la déformation 27. La déformation 27 est ainsi réduite, comme illustré sur la . Un avantage de la tige 41 filetée est de pouvoir réduire la déformation 27 après l’assemblage du module électronique de puissance 23 : la déformation 27 peut être compensée à tout moment par quelques tours de tige 41 filetée. La tige 41 filetée est choisie en fonction de son filetage, ce dernier devant permettre un mouvement axial suffisant pour déplacer la tige 41 longitudinalement sans que trop de tours durant la rotation de la tige 41 ne soient nécessaires. En particulier, le pas du filetage peut être choisi en fonction de l’ampleur de la déformation 27. De préférence, le pas du filetage est inférieur au double de la déformation 27 mesurée de manière à appliquer au moins un demi-tour de tige 41 pour compenser la déformation 27. De préférence, le gel 35 recouvre le substrat 31 sur une épaisseur de gel ne comblant pas tout le volume du boitier 29, l’embase 43 ayant une longueur supérieure à l’épaisseur de gel. Ceci permet d’éviter la dégradation de la durée de vie du gel 35 par création de bulle d’air. On a représenté sur la les étapes du procédé de compensation de la déformation d’un substrat 31 d’un module électrique de puissance 23 selon l’invention. On effectue en premier lieu une étape 65 de mesure de la planéité du substrat 31, autrement dit une étape de mesure de la déformation 27. On effectue ensuite une étape 67 de choix d’un filetage pour la tige 41, puis une étape 69 de détermination du nombre de tour de rotation à appliquer à la tige 41, et enfin une étape 71 de vissage de la tige 41 filetée de manière à appuyer sur l’embase 43 avec ladite tige 41 et à réduire la déformation 27 du substrat 31. Optionnellement, on effectue une étape 73 de vérification de la compensation de la déformation 27 par mesure de l’impédance thermique du module électrique de puissance 23. Une impédance thermique montrant une amélioration de la dissipation de la chaleur signifie que la déformation 27 a été réduite. Module d’électronique de puissance (23) comprenant un boitier (29), un substrat (31), au moins un composant électronique (33) reporté sur le substrat (31), un gel (35) encapsulant ledit composant électronique (33) sur le substrat (31) et dans le boitier (29), caractérisé en ce qu’il comprend un écrou (37) taraudé maintenu dans une paroi (39) du boitier (29), une tige (41) filetée s’étendant au travers de l’écrou (37) en dedans et en dehors du boitier (29), et une embase (43) reportée sur le substrat (31) et alignée avec l’axe longitudinal de la tige (41). Module selon la revendication 1, dans lequel le gel (35) recouvre le substrat (31) sur une épaisseur de gel, la longueur de l’embase (43) étant supérieure à l’épaisseur de gel. Module selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel ledit composant électronique (33) et l’embase (43) sont reportés sur le substrat (31) par un joint brasé ou fritté (55). Module selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le substrat (31) est fixé au boitier (29) par des moyens de fixation positionnés aux extrémités dudit substrat (31). Module selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le substrat (31) est un substrat métallique isolé électriquement et conducteur thermiquement. Module selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le substrat (31) comprend une plaque (45) de cuivre de 1 à 3 millimètres d’épaisseur, un isolant (47) de 100 à 200 microns d’épaisseur, et une piste fine (49) de cuivre métallisé sur laquelle sont reportés ledit composant électronique (33) et l’embase (43). Module selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le boitier (29) comprend un matériau plastique. Ensemble (21) comprenant un module d’électronique de puissance (23) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 et un dissipateur thermique (25), le substrat (31) du module d’électronique de puissance (23) comprenant une interface thermique (53) avec le dissipateur thermique (25), l’interface thermique (53) favorisant l’évacuation de la chaleur générée par le composant électronique (33) vers le dissipateur thermique (25). Procédé de compensation d’une déformation (27) d’un substrat (31) d’un module électrique de puissance (23) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, ou d’un ensemble (21) selon la revendication 8, comprenant une étape (65) de mesure de la planéité du substrat (31), une étape (67) de choix d’un filetage pour la tige (41), une étape (69) de détermination du nombre de tour de rotation à appliquer à la tige (41), et une étape (71) de vissage de la tige (41) filetée de manière à appuyer sur l’embase (43) avec ladite tige (41) et à réduire la déformation (27) du substrat (31). Procédé selon la revendication 9, comprenant en outre une étape (73) de vérification de la compensation de la déformation (27) par mesure de l’impédance thermique du module électrique de puissance (23).