Brevet FR3155624A1 — publié le 20250523

La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un module électronique de puissance comprenant une étape d’application d’une couche de protection sur une face d’un substrat opposée à celle portant des composants électroniques de puissance et à disposer le substrat dans un moule de manière à ce que la couche de protection soit appliquée sur le fond du moule puis à injecter de la résine. Figure de l’abrégé : Figure 5 MODULE ELECTRONIQUE DE PUISSANCE La présente divulgation relève du domaine des modules électroniques de puissance pour la conversion d’énergie électrique. De tels modules sont notamment destinés à l’alimentation en puissance d’un équipement électrique, en particulier dans le domaine de l’aéronautique. De manière générale, un module électronique de puissance comprend des composants électroniques de puissance qui permettent d’alimenter en énergie un équipement électrique à partir d’un réseau électrique, notamment par l’intermédiaire de conducteurs électriques sous la forme de bus. D’un point de vue structurel, un module électronique de puissance 10 ( FIG. 1 ) comporte classiquement un substrat 12 et des composants électroniques de puissance 14 montés sur une première face 12a du substrat et des pistes de connexion électrique des composants électroniques de puissance 14 aux connecteurs électriques 16, 18. Le tout est classiquement encapsulé dans un boîtier et noyé dans un matériau d’encapsulation, tel que de la résine époxy 19. La figure 1A illustre un module électronique de puissance 10 sans la résine 19 tandis que la résine 19 entourant les composants électroniques de puissance est représentée sur les figures 1B et 2. Sur la FIG. 2 , on observe le module électronique de puissance avec encapsulation tel qu’obtenu après moulage. Ce module comprend des conducteurs électriques 16, 18 comportant des connecteurs de puissance 16 et des connecteurs de signal 18. Les connecteurs électriques métalliques sont reliés les uns aux autres par un cadre métallique 20, les connecteurs 16, 18 et le cadre 20 étant réalisés dans un même matériau. Classiquement, le substrat 12 comprend plusieurs couches successives, une couche inférieure de cuivre ou d’aluminium servant de support mécanique, une couche de céramique servant d’isolant électrique et une couche supérieure de cuivre ou d’aluminium permettant la formation des pistes de connexion électrique pour la liaison aux connecteurs de signal 18, cette couche de métal supérieure permettant également la liaison électrique aux connecteurs de puissance 16. Le substrat équipé des composants électroniques et illustré en figure 1B est ensuite nettoyé par plasma avant d’être placé dans un moule ( FIG. 3 ) et préchauffé pour améliorer l’adhérence entre une résine thermodurcissable qui va être utilisée pendant l’encapsulation par moulage par transfert, et le substrat. Comme représenté en FIG. 3 , le moule comprend une partie inférieure 22 et une partie supérieure 24. Plus précisément, la partie inférieure 22 forme un bac de réception du module 10. On observe que les connecteurs électriques 16, 18 s’étendent à l’extérieur du moule et au-delà du plan de jonction des parties inférieure 22 et supérieure 24. La paroi de fond 26 de la partie inférieure 22 du moule comprend une paroi convexe 28 destinée à recevoir la seconde face du substrat 12b, c’est-à-dire celle opposée à la première face 12a. La partie supérieure 24 du moule est appliquée sur le bord périphérique supérieure de la partie inférieure 22 du moule de manière à former un plan de joint étanche au niveau duquel sont serrés les connecteurs de puissance 16 et les connecteurs de signal 18. On observe que la partie supérieure 24 du moule comprend des broches d’appui 30 permettant de réaliser un appui du substrat 12 équipé des composants électroniques sur la paroi convexe 28 de la partie inférieure 22 du moule. L’ajout d’une cambrure est nécessaire pour contrer la cambrure du substrat 12 consécutive à la fabrication même de celui-ci. La paroi convexe présente une amplitude d’environ 200-250 µm afin d’obtenir une cambrure finale souhaitée d’amplitude inférieure à 100 µm pour le substrat. Malgré la présence de broches d’appui 30 et de la paroi d’appui convexe 28, on observe que des cavités d’air peuvent être présentes entre le substrat 12 et la paroi convexe 28. Ces cavités sont principalement dues à la variabilité de cambrure en amplitude et de forme entre les substrats. Il s’ensuit que la forme prédéterminée de la paroi convexe ne convient pas à tous les substrats. Sous l’effet de la pression et de la température, la résine injectée dans le moule peut pénétrer sous le substrat et venir remplir les cavités d’air. Cela conduit à la formation de zones de bavure 32 qui peuvent être observées sur la FIG. 4 . Ces zones de bavures peuvent avoir une largeur d’environ 2,4 mm pour un substrat de dimensions d’environ 63,5 mm x 35,6 mm. Pour éliminer ces bavures de résine, on a recours à un procédé d’ébavurage. Les procédés d’ébavurage conventionnels utilisent généralement des produits chimiques, de l'eau ou des solides durs immergés dans l'eau comme agents. Dans le cas du traitement chimique, des produits chimiques fortement acides ou alcalins sont utilisés pour attaquer l'interface entre l’époxy et la surface du substrat. Ce procédé peut conduire à dégrader la surface du substrat si ces paramètres ne sont pas bien maitrisés. Après une durée de réaction chimique suffisante, un rinçage à l'eau et un jet d'eau peuvent être utilisés pour détacher les bavures de la surface du substrat. On comprend bien que l’utilisation des produits chimiques n’est pas optimale d’un point de vue environnementale du fait de l’utilisation même de produits chimiques mais également de la consommation d’eau associée. Dans le cas d'un traitement de sablage abrasif, des billes de verre ou de cristal mélangées avec de l'eau peuvent également être utilisées pour le sablage de la surface supérieure des bavures. Cependant, ce procédé peut entraîner des défauts de surface (bosses ou micro-fissures) et une cambrure supplémentaire du module de puissance qui peuvent affecter sa performance et sa fiabilité. Les procédés d’ébavurage sont donc très délicats et également couteux. Il est donc souhaitable de disposer d’une alternative plus simple à mettre en œuvre, moins polluante et permettant de garantir l’intégrité du substrat tout en évitant la formation de bavures de résine sur le substrat, c’est-à-dire sur la face opposée à celle portant les composants électroniques de puissance. Résumé La présente divulgation concerne un procédé de fabrication comprenant : Obtenir un substrat comportant une première face sur laquelle sont disposés des composants électroniques et une seconde face opposée libre, Obtenir un moule d’injection d’une résine thermodurcissable comprenant une partie supérieure et une partie inférieure, une paroi convexe étant formée sur une paroi de fond de la partie inférieure du moule, Former une couche de protection sur la seconde face du substrat, cette couche étant apte à conserver sa structure mécanique originelle jusqu’à une température d’au moins 200°C, Disposer le substrat obtenu à l’issu de l’étape d) de manière à ce que la couche de protection vienne en contact avec la paroi convexe de la partie inférieure du moule, Refermer le moule en disposant la partie supérieure du moule sur la partie inférieure du moule, Injecter de la résine sous pression à l’intérieur du moule de manière à recouvrir les composants électroniques. Selon l’invention, une couche de protection est formée sur la seconde face substrat ce qui empêche que la résine vienne en contact avec la seconde face du substrat. Cette couche de protection possède une certaine souplesse lui permettant d’être écrasé sans se disloquer, permettant ainsi d’avoir un contact parfait avec la paroi convexe de la partie inférieure du moule. De cette manière, aucune cavité d’air n’est formée entre le substrat et la surface convexe ce qui évite l’introduction de résine. Il est ainsi possible de se passer de l’étape d’ébavurage chimique ou mécanique, ce qui rend le procédé de fabrication d’un module de puissance plus simple, plus rapide, moins couteux et plus respectueux de l’environnement. La couche de protection peut présenter un module Young compris entre 0,5 et 2GPa. Cette gamme de valeur permet une bonne tenue mécanique de la couche de protection car elle réalise un bon compromis entre souplesse et résistant à la dislocation, permettant ainsi de protéger la face arrière du substrat contre le débordement de l’époxy. Selon une autre caractéristique de l’invention, la couche de protection peut recouvrir l'intégralité de la seconde surface du substrat. Le bord périphérique de la couche de protection peut être appliqué sur un bord périphérique de la seconde face du substrat. La couche de protection peut présenter une épaisseur inférieure ou égale à 100 µm, de préférence comprise entre 50 et 100 µm. La couche de protection peut comprendre un film adhésif permettant son maintien sur la seconde face du substrat. La résine peut être thermodurcissable et est choisi parmi une résine époxy, une résine polyimide (PI) tel que du Kapton®, du polyamide tel que du Nomex® paper (type 410) ou encore du polytetrafluoroethylene tel que du Teflon®. Après injection de la résine, on peut réaliser les étapes suivantes : - la partie supérieure du moule est retirée, - la couche de protection est ensuite retirée de la seconde face du substrat. Une opération de nettoyage de la seconde face du substrat peut aussi être réalisée après retrait de la couche de protection. Cette opération permet de retirer les éventuels résidus, notamment d’adhésif lorsque la couche de protection comprend un film adhésif. Un contrôle visuel de la seconde face du substrat peut également être réalisé. D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels : FIG. 1 illustre un module de puissance selon la technique connue et comportant un substrat portant des composants électroniques, la partie supérieure A illustrant le module de puissance avec encapsulation et la partie inférieure B illustrant le même module de puissance sans encapsulation ; FIG. 2 illustre un module de puissance après injection de résine ; FIG. 3 illustre le débordement de la résine époxy sur la face du substrat opposée à celle portant les composants électroniques ; FIG. 4 illustre schématiquement le dispositif d’injection de résine époxy selon la technique antérieure ; FIG. 5 et FIG. 6 illustrent schématiquement le procédé de fabrication d’un module de puissance selon l’invention. On se réfère maintenant aux figures 5 et 6 qui représentent un moule 34 d’injection de résine selon la présente divulgation. En FIG. 5 , le moule 34 est à l’état ouvert avant injection de résine et en FIG. 6 , le moule 34 est à l’état ouvert après injection de résine 36. Le moule 34 comprend une partie inférieure 34a et une partie supérieure 34b et est destiné à recevoir le substrat 37 équipé des composants électroniques et des connecteurs électriques de puissance 38 et de signal 40. Le substrat 37 comprend une première face 37a portant les composants électroniques de puissance et une seconde face opposée 37b. La partie inférieure 34a du moule 34 comprend une paroi de fond 42 et une paroi latérale 44 relié à un bord périphérique de la paroi de fond 42. La paroi latérale 44 comprend un bord périphérique supérieur 44a destiné à recevoir un bord périphérique inférieure 46 de la partie supérieure 34b du moule 34. La partie supérieure 34b du moule 34 se présente comme un couvercle destiné à obturer l’ouverture supérieure de la partie inférieure 34a du moule 34. La partie inférieure 34a du moule 34 comprend un bossage 48 présentant une paroi supérieure convexe 50 orientée vers l’ouverture de la partie inférieure 34a du moule 34. Ce bossage 48 présente une dimension en largeur et longueur telle que le substrat 37 viendra s’appliquer intégralement sur la paroi convexe 50. En pratique, on observe que la surface de la paroi convexe 50 est sensiblement égale à la seconde surface 37b du substrat 37. La partie supérieure 34b du moule 34 comprend des broches d’appui 52 permettant de réaliser un appui sur la première face 37a du substrat 37 et ainsi contraindre le substrat 37 suivant la forme de la paroi convexe 50 de la paroi de fond 42 de la partie inférieure 34a du moule 34. Ces broches 52 sont positionnées sur la partie supérieure 34b du moule 34 de manière à venir en appui directement sur le substrat 37 et non sur les composants électroniques de puissance. Ces broches 52 s’étendent en saillie par rapport à la partie supérieure 34a du moule 34. La partie supérieure 34b du moule 34 comprend également des éjecteurs 54 permettant de réaliser une poussée sur la résine durcie après injection et durcissement de la résine. Le procédé de fabrication d’un module électronique de puissance selon l’invention se déroule de la manière suivante : Obtenir un substrat 37 comportant une première face 37a sur laquelle sont disposés des composants électroniques et une seconde face 37b opposée libre, Obtenir un moule 34 d’injection d’une résine thermodurcissable comprenant une partie supérieure 34b et une partie inférieure 34a, Une paroi convexe 50 étant formée sur une paroi de fond 42 de la partie inférieure 34a du moule 34, Former une couche de protection 56 sur la seconde face du substrat 37, cette couche 56 étant apte à conserver sa structure mécanique originelle jusqu’à une température d’au moins 200°C, Disposer le substrat 37 obtenu à l’issu de l’étape d) de manière à ce que la couche de protection 56 vienne en contact avec la paroi convexe de la partie inférieure du moule, Refermer le moule 34 en disposant la première partie 34b du moule sur la seconde partie, Injecter de la résine 36 sous pression à l’intérieur du moule 34 de manière à recouvrir les composants électroniques. A la différence de la technique antérieure, on vient disposer une couche 56 d’un matériau résistant aux températures à laquelle est soumise la résine qui peut être de l’époxy. La couche peut être du téflon ADEZIF TE205. La couche de matériau de protection pourrait être un polyimide (PI) tel que du Kapton®, du polyamide tel que du Nomex® paper (type 410) ou encore du Polytetrafluoroethylene tel que du Teflon® en particulier du Téflon ® ADEZIF TE205. En pratique, la couche 56 devrait avoir une épaisseur inférieure à 100µm et de préférence comprise entre 50 et 100 µm. La couche de protection 56 peut être électriquement isolante afin de ne pas avoir des résidus à la fin du procédé qui peuvent être source de décharge partielle dans le module et source de court-circuit. Cette couche 56 peut être appliquée sur la seconde face 37b du substrat 37 par collage. A cette fin, elle pourra ainsi comprendre un film adhésif. Elle doit avoir une tenue mécanique lui permettant de résister à la force d’appui réalisée par les broches 52. Après injection de la résine 36, la partie supérieure 34b du moule 34 est retirée à l’aide des éjecteurs 54. La couche 56 est ensuite retirée de la seconde face 37b du substrat 37. Un nettoyage est également réalisé pour retirer les éventuels résidus de colle et un contrôle visuel de la seconde face 37b du substrat 37 est réalisé. A l’issue de ces étapes, le substrat 37 encapsulé dans de la résine 36 est ainsi obtenu, ce substrat étant dépourvu d’inclusion de résine 36 sur la seconde face de celui-ci. On évite ainsi les opérations longues et compliquées d’ébavurage mécanique ou chimique. Procédé de fabrication d’un module électronique de puissance comprenant : Obtenir un substrat (37) comportant une première face (37a) sur laquelle sont disposés des composants électroniques et une seconde face (37b) opposée libre, Obtenir un moule d’injection (34) d’une résine (36) thermodurcissable comprenant une partie supérieure (34b) et une partie inférieure (34a), une paroi convexe (50) étant formée sur une paroi de fond (42) de la partie inférieure (34a) du moule (34), Former une couche de protection (56) sur la seconde face (37b) du substrat (37), cette couche (56) étant apte à conserver sa structure mécanique originelle jusqu’à une température d’au moins 200°C, Disposer le substrat obtenu à l’issu de l’étape d) de manière à ce que la couche de protection vienne en contact avec la paroi convexe (50) de la partie inférieure (34a) du moule (34), Refermer le moule en disposant la partie supérieure (34b) du moule (34) sur la partie inférieure (34a) du moule (34), Injecter de la résine (36) sous pression à l’intérieur du moule (34) de manière à recouvrir les composants électroniques. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la couche (56) de protection recouvre l’intégralité de la seconde surface (37b) du substrat (37). Procédé selon la revendication 2, dans lequel le bord périphérique de la couche de protection (56) est appliqué sur un bord périphérique de la seconde face (37b) du substrat (37). Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel la couche de protection (56) présente une épaisseur inférieure ou égale à 100 µm, de préférence entre 50 et 100 µm. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel la couche de protection (56) comprend un film adhésif permettant son maintien sur la seconde face du substrat. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel la résine est thermodurcissable et est choisi parmi une résine époxy, une résine polyimide, du polyamide ou encore du polytetrafluoroethylene. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la couche (56) est électriquement isolante. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la couche de protection présente un module Young compris entre 0,5 et 2GPa. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel après injection de la résine (36), on réalise les étapes suivantes : - la partie supérieure (34b) du moule 34 est retirée, - la couche de protection (56) est ensuite retirée de la seconde face (37b) du substrat (37). Procédé selon la revendication 9, dans lequel une opération de nettoyage de la seconde face du substrat (37b) est réalisée.