INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
La comparaison entre l’exemple 1 et les exemples 3 et 4 montre qu’une quantité ajoutée de manganèse et de fer dans le processus de préparation du matériau de cathode ternaire modifié fourni dans la présente demande peut affecter les performances du matériau de cathode ternaire modifié. Le matériau de cathode ternaire modifié présente de meilleures performances lorsque la quantité ajoutée de manganèse et de fer est contrôlée à 3: (1,5-2,5). Si la proportion de manganèse est trop grande, la conductivité du phosphate de lithium-manganèse-fer s’en trouvera réduite. Si la proportion de fer est trop grande, le plateau de tension de la couche d’enrobage sera abaissé, ce qui créera un écart trop important avec le plateau de tension de la couche interne, et affectera ensuite la stabilité cyclique de l’ensemble du matériau de cathode.
La comparaison entre l’exemple 1 et l’exemple comparatif 1 montre que, bien que la capacité de décharge spécifique initiale du matériau ternaire enrobé de phosphate de lithium-manganèse-fer soit légèrement inférieure à celle du matériau de cathode ternaire non enrobé, l’efficacité de charge et de décharge ainsi que la capacité de décharge spécifique et le taux de rétention à 100 cycles sont meilleurs que ceux du matériau ternaire non enrobé. Cela s’explique par le fait que la couche d’enrobage peut offrir une isolation efficace contre la corrosion et les dommages causés par la solution électrolytique à la structure du matériau ternaire, améliorant ainsi les performances de stabilité cyclique du matériau ternaire enrobé.
La comparaison entre l’exemple 1 et l’exemple comparatif 2 montre qu’une couche de sulfate de manganèse est pulvérisée à l’avance sur la surface du matériau de cathode ternaire pour servir de point de départ à la croissance in situ du phosphate de lithium-manganèse-fer. En raison de la teneur en manganèse extrêmement élevée à la jonction entre le noyau ternaire et le phosphate de lithium-manganèse-fer, et de la teneur presque nulle en fer, la réaction entre le fer ferreux dans le phosphate de lithium-manganèse-fer et le cobalt trivalent et le nickel trivalent dans le matériau ternaire est évitée lors de la formation d’une couche d’enrobage de carbone, améliorant ainsi la stabilité et la performance cyclique du matériau ternaire.
Selon un mode de réalisation, la composition d’électrode selon l’invention comprend les ingrédients précités, en suspension liquide, typiquement dénommée « encre ».
Ladite composition d’électrode est alors un mélange de particules de matière active, de liant, d’additif, et de conducteur éventuel tels que définis précédemment, en suspension, organique ou aqueuse.
La nature du solvant organique ou aqueux dépend généralement de la nature du liant utilisé. De préférence, la suspension est aqueuse, notamment lorsque le liant est choisi parmi la carboxyméthylcellulose (CMC), le styrène-butadiène (SBR), l’acide polyacrylique lithié (LiPAA) et l’acide polyacrylique non lithié (PAA, PAAH ou PAAN).
Typiquement, la formulation est une suspension organique, dans la N-méthyl-2-pyrrolidone lorsque le PVdF est utilisé à titre de liant.
Selon un autre mode de réalisation, ladite composition peut également être dénuée de solvant.
Selon un autre objet, la présente invention vise également une électrode négative comprenant un collecteur de courant sur lequel est enduit sur au moins une de ses faces un revêtement comprenant la composition selon l’invention.
Typiquement, ledit revêtement correspond essentiellement à la composition après séchage de l’encre (ie) après évaporation du solvant. Il comprend donc les mêmes constituants que l’encre, à l’exception du solvant généralement évaporé lors du séchage.
Le terme « composition » utilisé ici englobe donc la suspension (ie) l’encre ainsi que le revêtement obtenu après séchage de l’encre.
Généralement, l’épaisseur du revêtement dépend 1) du matériau utilisé et 2) de l’application. L’épaisseur du revêtement par face après évaporation du solvant est typiquement comprise entre 5 et 200 µm.
On entend par « collecteur de courant » un élément tel que plot, plaque, feuille ou autre, de structure 2D ou 3D, en matériau conducteur, relié à l’électrode positive ou négative, et assurant la conduction du flux d’électrons entre les électrodes et les bornes de la batterie. Le collecteur de courant est de préférence un support conducteur bidimensionnel tel qu'un feuillard plein ou perforé, à base de métal, par exemple en cuivre, en nickel, en acier, en acier inoxydable ou en aluminium. Ledit collecteur à l’électrode négative se présente généralement sous forme de feuillard de cuivre.
L’ensemble collecteur de courant/revêtement constituant l’électrode est typiquement obtenu par application d’une composition d’électrode selon l’invention sur ledit collecteur de courant.
Ainsi, selon un autre objet, la présente invention vise encore un procédé de préparation de l’électrode selon l’invention, ledit procédé comprenant
le dépôt de ladite composition d’électrode selon l’invention sur ledit collecteur de courant, et
une étape de séchage.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend également l’étape de préparation préalable d’une composition d’électrode selon l’invention en suspension aqueuse ou organique, par mélange de ses constituants en suspension aqueuse ou organique, notamment sous agitation. Cette étape peut être typiquement réalisée sur un temps suffisamment long (généralement de une à plusieurs heures) avec un mélangeur à haut taux de cisaillement ou un mélangeur planétaire, par exemple jusqu’à ce qu’aucune évolution de l’encre ne soit observée, typiquement l’absence à l’œil nu d’agglomérat. Il résulte généralement de cette étape une répartition uniforme et sans agglomérat.
L’étape de dépôt est typiquement réalisée par enduction de la composition d’électrode sur tout ou partie d’au moins une des faces du collecteur. Celle-ci peut être réalisée manuellement ou de façon automatique par procédé d’application de film ou par pulvérisation. L’étape de séchage a pour but d’éliminer le solvant contenu dans la composition d’électrode, et est typiquement réalisée par chauffage, généralement jusqu’à son évaporation complète à une température adéquate, typiquement comprise entre 50°C et 200°C, sous vide ou non et en enceinte chauffée ou en utilisant toute autre technique pertinente telle que, par exemple, des rayonnements infra-rouges.
La illustre schématiquement un cinquième exemple de convertisseur 1 selon l’invention, de type « boost » unidirectionnel où les interrupteurs de l’étage haut et les interrupteurs hauts des cellules centrales sont des diodes, et les interrupteurs de l’étage bas et les interrupteurs bas des cellules centrales sont des transistors MOSFET.
Ce circuit est similaire à celui de la comportant 4 ports 11A, 11B, 11C, 11D, mais comprend deux cellules centrales 101 et 102. Chacune de ces cellules comprend deux branches reliées en haut et en bas à l’étage haut 20 et à l’étage bas 30, respectivement. La cellule 101 est reliée à l’interrupteur 210 du premier niveau d’interrupteurs de l’étage haut (compté à partir des cellules centrales 101, 102) et à l’interrupteur 310 du premier niveau d’interrupteurs de l’étage bas. La cellule 102 est reliée à l’interrupteur 211 du premier niveau d’interrupteurs de l’étage haut et à l’interrupteur 311 du premier niveau d’interrupteurs de l’étage bas. Le premier niveau d’interrupteurs, aussi bien à l’étage haut 20 qu’à l’étage bas 30, comporte 2 interrupteurs. Les deuxième et troisième niveaux d’interrupteurs comportent chacun un interrupteur.
Les interrupteurs de niveaux différents sont reliés entre eux en des nœuds inter-niveaux : p21 entre les premier et deuxième niveaux hauts, p22 entre les deuxième et troisième niveaux hauts, p31 entre les premier et deuxième niveaux bas et p32 entre les deuxième et troisième niveaux bas.
Ainsi, comme dans l’exemple de la , il existe dans l’exemple de la trois niveaux d’interrupteurs externes aux cellules centrales 101, 102.
Le circuit comporte également quatre condensateurs flottants Cfc1AB, Cfc1CD, Cfc2, Cfc3 et un condensateur de bus CbusA relié aux lignes de bus externe b1, b2.
Le condensateur flottant Cfc1AB associé à la cellule centrale 101 est connecté en parallèle avec cette dernière.
Le condensateur Cfc1CD associé à la cellule centrale 102 est connecté en parallèle avec cette dernière.
Le condensateur Cfc2 est connecté de sorte que ses bornes sont reliées aux nœuds inter-niveaux p21 et p31.
Le condensateur Cfc3 est connecté de sorte que ses bornes de ce condensateur est connecté aux nœuds inter-niveaux p22 et p32.
La représente schématiquement un sixième exemple de convertisseur 1 selon l’invention, identique à celui de la à la différence près que la cellule centrale 101 ne comporte qu’une seule branche reliée au port 11C. Ainsi, ce convertisseur ne possède que 3 ports : 11A, 11B et 11C.
La illustre schématiquement un septième exemple de convertisseur 1 selon l’invention, de type « boost » unidirectionnel, à deux ports 11A, 11B.
L’étage intermédiaire 10 comporte une seule cellule centrale 100 à deux branches dont chacune est reliée au port correspondant.
Chaque branche de la cellule 100 comprend 4 interrupteurs et est associée à un condensateur flottant respectif Cfc1A, Cfc1B. La branche reliée au port 11A comporte deux diodes 12A, 15A et deux MOSFET 13A, 16A. La branche reliée au port 11B comporte également deux diodes 12B, 15B et deux MOSFET 13B, 16B. Dans chacune des branches, les diodes sont connectées aux MOSFET en un point milieu respectif Sa, Sb. La diode 12A et le MOSFET 13A forment les interrupteurs haut et bas de la branche A. La diode 12B et le MOSFET 13B forment les interrupteurs haut et bas de la branche B.
Le condensateur flottant Cfc1A est connecté aux nœuds p1a, p2a des interrupteurs haut 12A et bas 13A de la branche A opposés au point milieu Sa.
Le condensateur flottant CfcB est connecté aux nœuds p1b, p2b des interrupteurs haut 12B et bas 13B de la branche B opposés au point milieu Sb.
Chacun des étages haut 20 et bas comporte 2 niveaux d’interrupteurs avec un interrupteur par niveau.
Les surfaces en contact des première 211 et deuxième 212 régions forment des jonctions PN complémentaires à la jonction PN principale 230. Ces jonctions complémentaires permettent de former des zones de déplétion 232, schématiquement représentées par la courbe en traits mixtes, et de créer des lignes de champ électrique en profondeur dans la photodiode, avec pour corollaire d’accélérer le transport des porteurs photogénérés dans les zones les plus critiques de la photodiode, au fond de la photodiode par exemple, vers la zone de multiplication. En effet, le transport des porteurs photogénérés dans une zone déplétée est plus rapide que dans une zone non-déplétée.
Ces jonctions complémentaires pourront donc générer des trous, qui pourront également participer au phénomène d’avalanche, en complément de la contribution des électrons de la jonction PN principale. En effet, les trous sont collectés via l’anode 222 (décrite plus après) et l’anode est directement reliée, par continuité de dopage de type P, aux régions de type P adjacentes à ces jonctions complémentaires.
Par rapport à la photodiode 100 de la , cela permet d’étirer la zone de déplétion vers le fond de la photodiode, et ainsi d’accélérer le transport des porteurs photogénérés dans les zones les plus critiques de la photodiode, au fond de la photodiode par exemple. En effet, dans la photodiode 200, les porteurs photogénérés se trouvant déjà dans la zone de déplétion 232, ou au moins dans son voisinage proche, ils possèdent une plus forte probabilité de rejoindre la zone de multiplication dans un délai plus court que dans le cas de la photodiode 100 de la où la zone de déplétion était plus éloignée du fond de la photodiode. En corollaire, la zone de déplétion 232 de la photodiode 200 peut permettre de diminuer la gigue temporelle, même lorsque la hauteur de la photodiode augmente.
Par exemple, la photodiode 200 forme une photodiode SPAD du type entièrement déplétée (en anglais "fully depleted").
Par exemple, la première région 211 forme un volume de collection au sein duquel des porteurs ont une probabilité significative d’être générés lors de l’absorption d’un photon. Par exemple, les porteurs qui sont photogénérés dans la première région 211 peuvent être entraînés vers une région de multiplication 231, et ce, d’autant plus efficacement que les lignes de champ électriques sont optimisées.
Avantageusement, le dopage de la première région 211 épitaxiée peut être ajusté pour optimiser les lignes de champ. Comme décrit plus après, la première région 211 épitaxiée peut présenter un dopage sensiblement constant dans la direction Z, ou un dopage graduel dans la direction Z, par exemple un dopage diminuant entre la face supérieure 200A de la photodiode et la face inférieure 200B de la photodiode.
Comme représenté dans la , la première région 211 peut comprendre une première portion 211A et une deuxième portion 211B moins large que la première portion 211A et reliant la première portion 211A à la troisième région 213. Une telle forme peut correspondre à une forme en entonnoir favorisant la conduction des porteurs photogénérés vers la région de multiplication 231.
En outre, la deuxième région 212 peut comprendre : - une première portion 212A comprise latéralement entre la deuxième portion 211B de la première région 211 et la tranchée isolante profonde 220 ; - une deuxième portion 212B (portion latérale) comprise latéralement entre la première portion 211A de la première région 211 et la tranchée isolante profonde 220 ; et - une troisième portion 212C (portion enterrée) localisée sous la première région 211, entre la première région 211 et la face inférieure 200B de la photodiode 200.
La deuxième région 212 peut se prolonger verticalement vers la face supérieure 200A de la photodiode 200 pour être également comprise latéralement entre la troisième région 213 et la tranchée isolante profonde 220.
La présence de la troisième portion 212C de la deuxième région 212 de type P sous la première région 211 de type N permet de former une zone de passivation de la photodiode 200, par exemple afin que celle-ci soit moins impactée par le courant d’obscurité (en anglais "dark current"), de même pour la présence de la deuxième portion 212B de la deuxième région 212 de type P entre la première région 211 de type N et la tranchée isolante profonde 220. Par exemple, cela permet de réduire le taux de comptage sombre (en anglais "DCR" pour "Dark Count Rate").
De préférence, la largeur et/ou la hauteur de la première région épitaxiée 211 est optimisée pour que le volume de cette première région soit le plus grand possible, et ainsi pouvoir collecter le plus de photons possible, par exemple, pour pouvoir augmenter la probabilité de détection de photons PDP, tout en conservant une distance d’une part avec la face inférieure 200B de la photodiode 200 et d’autre part avec la tranchée isolante profonde 220 suffisante pour limiter le taux de comptage sombre DCR. Par exemple, la deuxième portion 212B de la deuxième région 212 présente une largeur de l’ordre de la centaine de nanomètres, la troisième portion 212C de la deuxième région 212 présente une hauteur de l’ordre de quelques centaines de nanomètres jusqu’au micromètre, les dimensions de la première région épitaxiée 211 étant déduites des dimensions des deuxième et troisième portions de la deuxième région 212, et des dimensions de la diode. A titre d’exemple non limitatif, la première région épitaxiée 211 peut présenter une largeur d’environ 5 µm et une hauteur d’environ 7 µm.
La photodiode 200 comprend également une cathode 221 et une anode 222.
La cathode 221 est située en vis-à-vis de la quatrième région 214. La cathode 221 est, par exemple, située sur et en contact avec la quatrième région 214, ou avec une zone de reprise de contact située dans, ou sur, la quatrième région 214. Par exemple, la cathode 221 présente sensiblement une forme de parallélépipède ou de cylindre.
L'anode 222 est située en vis-à-vis de la sixième région 216. L’anode 222 est, par exemple, située sur et en contact avec la sixième région 216, ou avec une zone de reprise de contact située dans, ou sur, la sixième région 216. De préférence, l'anode 222 présente, en vue de dessus, une forme similaire à la forme de la sixième région 216.
Par exemple, pour la photodiode représentée, pour laquelle le premier type de conductivité est de type N et le deuxième type de conductivité est de type P, en fonctionnement, l'anode est connectée à la masse et la tension de polarisation est appliquée à la cathode.
En variante, si le premier type de conductivité est de type P et le deuxième type de conductivité est de type N avec une inversion de l’anode et de la cathode, en fonctionnement, la cathode est connectée à la masse et une tension de polarisation est appliquée à l'anode.
MODULE DE PUISSANCE COMPRENANT UNE PUCE DE PUISSANCE, UN SUBSTRAT ET UN BLOC DE REFROIDISSEMENT L'invention concerne le domaine des blocs de refroidissement pour dissiper la chaleur d'une source de chaleur, telle qu'une puce de puissance.
La présente invention se réfère particulièrement à un module de puissance comprenant une puce de puissance, un substrat et un bloc de refroidissement muni d'une chambre à vapeur.
Etat de L'art Le module de puissance est généralement largement connu dans l'art. Selon un exemple illustré à la , un module de puissance 1 comprend : une puce de puissance 20, et un substrat 3 comprenant au moins un : couche de connexion électrique 32 comprenant une face extérieure 324 connectée à la puce de puissance 20 pour l'alimenter, et une face intérieure 322 opposée à la puce de puissance 20, et couche d'isolant électrique 33 en contact avec la face interne 322 de la couche de connexion électrique 32, comprenant : une face de contact 334 recouvrant entièrement la face interne 322 et une face de chambre 332 opposée à la couche de connexion électrique 32, et un bloc de refroidissement 4 comprenant : une enceinte de chambre à vapeur 43 renfermant une chambre à vapeur 430, un bloc de refroidissement de liquide 50, comprenant un corps de refroidissement 52 et un canal de refroidissement 54, à travers lequel circule un liquide de refroidissement, et un fluide de travail dans l'enceinte de la chambre à vapeur 43, le fluide de travail étant dans un état liquide ou gazeux.
Selon le mode de réalisation illustré à la , la puce de puissance 20 est située sous le substrat 3 qui est situé sous le bloc de refroidissement 4 du module de puissance 1, dans une direction verticale V d'une référence VLT.
La puce de puissance 20 correspond à un composant électrique formant la source de chaleur du module de puissance 1, tel qu'un commutateur électronique de puissance ou un processeur ou une DEL.
Le substrat 3 correspond à un substrat en cuivre à liaison directe (DBC) fournissant les interconnexions pour former un circuit électrique. En particulier, la couche de connexion électrique 32 du substrat 3 comprend des traces (non représentées sur la ) maintenues en position sur la couche d'isolation électrique 33 du substrat 3 pour être connectées à différents connecteurs de la puce de puissance 20. Généralement, la couche de connexion électrique 32 du substrat 3 est constituée d'un matériau thermiquement conducteur, tel que le cuivre, et la couche d'isolation électrique 33 du substrat 3 est constituée d'un matériau électriquement non conducteur, tel que la céramique.
Le bloc de refroidissement 4 est conçu pour refroidir les composants électroniques, c'est-à-dire la puce de puissance 20 du module de puissance 1.
Selon un exemple illustré sur la , le corps de refroidissement 52 du bloc de refroidissement de liquide 50 du bloc de refroidissement 4 comprend une pluralité de parties (seules deux sont illustrées sur la ) dont une première partie 52A comprend une face de contact 524A opposée à la chambre de vapeur 430 et une face interne 522A délimitant le canal de refroidissement 54 du bloc de refroidissement de liquide 50, et une deuxième partie 52B comprend une première face interne 522B délimitant le canal de refroidissement 54 opposée à la face interne 522A de la première partie 52A du corps de refroidissement 52. La deuxième partie 52B comprend également une deuxième face 524B opposée à la première face interne 522B qui peut être une surface extérieure à l'air ou une surface intérieure d'un autre canal de refroidissement.
La chambre de vapeur 430 est une enceinte sous vide fermée par l'enceinte de chambre de vapeur 43 du bloc de refroidissement 4 qui contient le fluide de travail. La chambre de vapeur 430 est délimitée, dans la direction verticale V, entre la face de chambre 332 de la couche d'isolation électrique 33 et la face de contact 524A de la première partie 52A du corps de refroidissement 52 du bloc de refroidissement de liquide 50. De manière générale, l'enceinte de la chambre à vapeur 43 du bloc de refroidissement 4 est réalisée dans un matériau thermiquement conducteur, de préférence métallique. Préférentiellement, le fluide de travail est un liquide de refroidissement tel que de l'eau non traitée qui est une eau conductrice de l'électricité. Ainsi, la couche d'isolation électrique 33 permet d'isoler électriquement la couche de connexion électrique 32 du bloc de refroidissement 4.
Le procédé de refroidissement de la puce de puissance 20 du module de puissance 1 comprend les étapes suivantes : diffusion de la chaleur depuis la puce de puissance 20 vers le substrat 3 du module de puissance 1 et vers l'enceinte de la chambre à vapeur 43, augmenter la température du fluide de travail logé dans la chambre à vapeur 430, à l'état liquide, diffusion de chaleur depuis l'enceinte de la chambre à vapeur 43 vers le bloc de refroidissement liquide 50, et transformation du fluide de travail à l'état gazeux, refroidir le fluide de travail dans l'enceinte de la chambre à vapeur 43, de l'état gazeux à l'état liquide, grâce à l'échange thermique entre le bloc de refroidissement 50 refroidi par les flux de liquide de refroidissement et l'enceinte de la chambre à vapeur 43, distribuer le fluide de travail, à l'état liquide, par gravité, à la partie de l'enceinte de la chambre de vapeur 43 en contact avec la face de la chambre 332 de la couche d'isolation électrique 33 du substrat 3, en face de la puce de puissance 20 pour refroidir la puce de puissance 20.
Cependant, la conductivité thermique de la couche d'isolation électrique 33 du substrat 3 du module de puissance 1 est relativement faible, ce qui a un impact sur le transfert de chaleur de la puce de puissance 20 vers le bloc de refroidissement 4 et donc le refroidissement de la puce de puissance 20 n'est pas optimal. Par conséquent, le prix de la puce de puissance augmente en raison du fait qu'elle doit avoir une limite de température plus élevée.
DIVULGATION DE L'INVENTION L'invention propose une solution aux problèmes mentionnés en fournissant un module de puissance comprenant une puce de puissance, un substrat, et un bloc de refroidissement avec une architecture particulière.