FR3054721A1 - Module electronique de puissance d'un aeronef et procede de fabrication associe - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un module électronique de puissance (20a) d'un aéronef comprenant : - un dissipateur thermique (21) au moins en partie en matériau céramique, - un circuit de puissance (22) comprenant une première couche (23) électriquement conductrice, disposée contre le dissipateur thermique (21), - un circuit de commande (25) comprenant une première couche (26) électriquement conductrice, disposée contre le dissipateur thermique (21), - au moins un composant à semi-conducteur de puissance (24) et au moins un composant de commande (27) respectivement assemblés au circuit de puissance (22) et au circuit de commande (25).

Description

© N° de publication : 3 054 721 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)
©) N° d’enregistrement national : 16 57411 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE
COURBEVOIE © Int Cl8 : H 01 L 23/34 (2017.01), H 01 L 25/16
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1
©) Date de dépôt : 29.07.16. (© Demandeur(s) : SAFRAN— FR.
(30) Priorité :
@ Inventeur(s) : KHAZAKA RABIH et AZZOPARDI
STEPHANE.
(43) Date de mise à la disposition du public de la
demande : 02.02.18 Bulletin 18/05.
©) Liste des documents cités dans le rapport de
recherche préliminaire : Se reporter à la fin du
présent fascicule
(© Références à d’autres documents nationaux ©) Titulaire(s) : SAFRAN.
apparentés :
©) Demande(s) d’extension : (© Mandataire(s) : REGIMBEAU.
P4) MODULE ELECTRONIQUE DE PUISSANCE D'UN AERONEF ET PROCEDE DE FABRICATION ASSOCIE.
FR 3 054 721 - A1 _ L'invention concerne un module électronique de puissance (20a) d'un aéronef comprenant:
- un dissipateur thermique (21) au moins en partie en matériau céramique,
- un circuit de puissance (22) comprenant une première couche (23) électriquement conductrice, disposée contre le dissipateur thermique (21 ),
- un circuit de commande (25) comprenant une première couche (26) électriquement conductrice, disposée contre le dissipateur thermique (21 ),
- au moins un composant à semi-conducteur de puissance (24) et au moins un composant de commande (27) respectivement assemblés au circuit de puissance (22) et au circuit de commande (25).
Figure FR3054721A1_D0001
Figure FR3054721A1_D0002
20a
Figure FR3054721A1_D0003
DOMAINE DE L’INVENTION
La présente invention a pour objet un module électronique de puissance d’un aéronef et un procédé de fabrication d’un tel module électronique de puissance.
ETAT DE L’ART
La figure 1 montre un exemple de module électronique de puissance 1 connu de l’art antérieur.
Le module électronique de puissance 1 comprend un substrat 2 comprenant une couche électriquement isolante 2a, en matériau céramique, agencée entre deux couches métalliques 2b, 2c. Les deux couches métalliques sont assemblées à la couche électriquement isolante 2a par différentes techniques comme par exemple par brasage (ou en terminologie anglo-saxonne « Active Métal Brazing » ou encore « AMB »), par liaison directe du cuivre (ou en terminologie anglo-saxonne «Direct Bonded Copper» ou encore « DBC »), ou encore par liaison directe d’aluminium (ou en terminologie anglo-saxonne « Direct Bonded Aluminium » ou encore « DBA »). La couche métallique 2b supérieure du substrat 2 forme un circuit de puissance sur lequel des composants à semiconducteurs de puissance 3 sont assemblés. La figure 1 montre le joint d’interconnexion électrique et ou mécanique 4 par l’intermédiaire duquel les composants à semi-conducteurs de puissance 3 sont assemblés au circuit de puissance 2b. Du fait de leurs imperfections, les composants à semi-conducteurs de puissance 3 sont le siège de pertes par effet Joule et donc représentent une source importante de chaleur. La couche métallique 2c inférieure du substrat 2 est rapportée sur une semelle 5 métallique qui a pour rôle d’étaler le flux thermique et d’assurer une connexion thermique avec un dissipateur thermique 6 métallique. La figure 1 montre le joint d’interconnexion électrique et ou mécanique 7 par l’intermédiaire duquel la couche métallique 2c inférieure du substrat 2 est rapportée sur la semelle 5. La semelle 5 est elle-même rapportée sur le dissipateur thermique 6 métallique par l’intermédiaire d’une couche 8 de matériau d’interface thermique, telle qu’une graisse thermique, un film élastomère, ou de matériaux à changement de phase. La couche 8 de matériau d’interface thermique permet d’optimiser la résistance thermique de contact entre la semelle 5 et le dissipateur thermique 6 pour assurer une meilleure évacuation du flux thermique. Le dissipateur thermique 6, muni d’ailettes 9 permettant de réduire d’autant plus la résistance thermique de ce dernier, est traversé par un fluide de refroidissement, par exemple de l’air.
Un tel module électronique de puissance 1 présente cependant plusieurs inconvénients.
La couche électriquement isolante 2a du substrat 2 ainsi que la couche 8 de matériau d’interface thermique sont des couches à forte résistance thermique et donc à mauvaise conduction thermique. Elles limitent ainsi la dissipation thermique depuis les composants à semi-conducteurs de puissance 3 vers le dissipateur thermique 6 et le fluide de refroidissement. Par ailleurs, la couche 8 de matériau d’interface thermique induit une résistance thermique non homogène, qui est fonction du positionnement des composants à semi-conducteurs de puissance 3 sur le circuit de puissance, notamment si ce dernier présente un défaut de planéité. La multiplicité des couches 2a, 2b, 2c, 4, 5, 7, 8 entre les composants à semi-conducteurs de puissance 3 et le dissipateur thermique 6 contribue également à cette forte résistance thermique. Le refroidissement du module électronique de puissance 1 est donc limité et le module électronique de puissance 1 n’est pas adapté pour des applications à hautes températures, c’està-dire à des températures ambiantes supérieures ou égales à 150°C. En effet, à ces hautes températures, les composants à semi-conducteurs de puissance 3, qui sont généralement en silicium, ont un fonctionnement fortement perturbé.
La température maximale autorisée dans le module électronique de puissance 1 est limitée d’une part par la température maximale de fonctionnement des composants à semi-conducteurs de puissance et d’autre part par la température maximale de fonctionnement de la couche 8 de matériau d’interface thermique, qui est par exemple de 150°C pour la graisse thermique. En effet, au3054721 delà de cette température maximale de fonctionnement de la couche 8 de matériau d’interface thermique, ladite couche 8 va se dégrader et changer de propriétés physiques et physicochimiques, entraînant de ce fait un changement des propriétés du module électronique de puissance 1 et de sa fonctionnalité électrique initiale. A titre d’exemple, la couche 8 va s’oxyder et se rigidifier. Une fois rigidifiée, la couche 8 peut se fissurer ce qui induit une augmentation de la température des composants à semi-conducteurs de puissance et impacte de ce fait les propriétés électriques de ces derniers et plus généralement celles du module électronique de puissance 1. Ainsi, pour cette raison également, le module électronique de puissance 1 n’est pas adapté pour des applications à hautes températures.
Cela est particulièrement contraignant car les zones de l’aéronef dans lesquelles le module électronique de puissance 1 peut être disposé s’en trouvent fortement limitées. Par ailleurs, cela va à l’encontre du but généralement recherché dans l’aéronautique, à savoir optimiser le volume intérieur de l’aéronef, notamment en limitant l’encombrement des équipements qui y sont embarqués.
Par ailleurs, les solutions d’assemblage de différentes couches 2a, 2b, 2c, 5 qui ont des coefficients de dilatation thermique différents entre elles rendent le module électronique de puissance 1 sensible au phénomène de fatigue thermique, limitant de ce fait la fiabilité du module électronique de puissance 1. Ces solutions peuvent par exemple entraîner des fissures dans la couche électriquement isolante 2a du substrat 2 et/ou dans les joints d’interconnexion électriques 4, 7.
En outre, les gravures appliquées sur la couche métallique 2b supérieure du substrat 2 créent une asymétrie avec la couche métallique 2c inférieure par rapport à la couche électriquement isolante 2a. Cela a pour effet, lors d’une montée en température, par exemple lorsque les composants à semi-conducteurs de puissance 3 sont assemblés au substrat 2 ou lorsque le substrat 2 est assemblé à la semelle 5 ou lors d’une phase opérationnelle du module électronique de puissance 1, d’induire des contraintes thermomécaniques dans le substrat 2 entraînant sa déformation. Cette déformation est appelée flèche et correspond à une courbure du substrat 2. La figure 2 illustre une telle flèche du substrat 2, lors d’une phase de refroidissement (a) et d’une phase de chauffage (b).
Une telle flèche du substrat 2 va créer un vide qui peut être compensé par la couche 8 de matériau d’interface thermique. Toutefois, comme précédemment expliqué, cette couche 8 limite la dissipation thermique entre les composants à semi-conducteurs de puissance 3 et le dissipateur thermique 6 et induit une résistance thermique non homogène qui est fonction du positionnement des composants à semi-conducteurs de puissance 3 sur le circuit de puissance. On ne peut donc pas compenser la flèche du substrat 2 en augmentant l’épaisseur de la couche 8 de matériau d’interface thermique sans détériorer davantage la dissipation thermique au sein du module électronique de puissance 1.
D’autres modules électroniques de puissance ont été proposés dans la littérature. Dans ces modules électroniques de puissance, la semelle a été supprimée et le substrat est directement appliqué sur le dissipateur thermique par l’intermédiaire de la couche de matériau d’interface thermique. Dans ce cas, la flèche du substrat peut être particulièrement élevée et il est nécessaire d’appliquer une couche épaisse de matériau d’interface thermique pour combler la présence de vide entre la couche de métallisation inférieure du substrat et le dissipateur thermique. Comme expliqué précédemment, une telle augmentation de l’épaisseur de la couche de matériau d’interface thermique accentue les problèmes d’instabilité thermique et de limitation de la dissipation thermique entre les composants à semi-conducteurs de puissance et le dissipateur thermique.
Enfin, la plupart des modules électroniques de puissance connus, tel que le module électronique de puissance 1 représenté à la figure 1, nécessitent que le circuit de commande comprenant les composants de commande au moyen desquels les composants à semi-conducteurs de puissance 3 sont contrôlés soit indépendant du module électronique de puissance 1. Cela a pour inconvénient d’augmenter le volume et la masse nécessaires pour le module électronique de puissance 1. Cela est particulièrement problématique pour des applications dans le domaine de l’aéronautique où il est primordial de limiter le volume et la masse des composants embarqués de l’aéronef. Par ailleurs, l’éloignement des composants à semi-conducteurs de puissance 3 et des composants de commande induit une inductance parasite et limite l’utilisation en hautes fréquences, notamment pour des fréquences supérieures à 100kHz.
Il existe des modules électroniques de puissance dans lesquels le circuit de commande et les composants de commande associés sont intégrés. Pour cela, le circuit de commande est par exemple directement réalisé sur la couche métallique supérieure du substrat de la même manière que le circuit de puissance. Or, avec les techniques de gravure actuelles, la distance minimale entre les pistes de la couche métallique supérieure est supérieure à 300pm, alors qu’une distance de 150pm pourrait être suffisante pour certains composants de commande. Si cela ne pose pas de problème en tant que tel pour le circuit de puissance, cela représente un surdimensionnement important pour le circuit de commande. Il en résulte qu’il est nécessaire de prévoir une surface surdimensionnée de couche métallique supérieure pour accueillir le circuit de commande et donc de substrat, augmentant ainsi le volume et la masse nécessaires pour le module électronique de puissance.
Le document WO 2013/171136 décrit un autre exemple de module électronique de puissance dans lequel le circuit de commande et les composants de commande associés sont intégrés. Dans ce document, les composants de commande sont rapportés sur le même substrat que celui des composants à semi-conducteurs de puissance par l’intermédiaire d’un deuxième substrat. Cela nécessite toutefois de réaliser les deux circuits indépendamment l’un de l’autre puis de rapporter le circuit de commande sur le circuit de puissance. La fabrication d’un tel module électronique de puissance prend donc plus de temps.
PRESENTATION DE L’INVENTION
La présente invention a pour but de pallier les inconvénients précédemment cités.
Plus précisément, l’invention a pour objet un module électronique de puissance d’un aéronef comprenant :
- un dissipateur thermique au moins en partie en matériau céramique,
- un circuit de puissance comprenant une première couche électriquement conductrice, disposée contre le dissipateur thermique,
- un circuit de commande comprenant une première couche électriquement conductrice, disposée contre le dissipateur thermique,
- au moins un composant à semi-conducteur de puissance et au moins un composant de commande respectivement assemblés au circuit de puissance et au circuit de commande.
Avantageusement, la première couche du circuit de puissance et/ou du circuit de commande comprend des particules métalliques frittées.
Avantageusement, les particules métalliques de la première couche du circuit de puissance et/ou du circuit de commande comprennent de l’argent.
Avantageusement, le circuit de puissance et le circuit de commande comprennent en outre une deuxième couche électriquement conductrice, disposée contre la première couche, du côté opposé au dissipateur thermique, et au moyen de laquelle les composants à semi-conducteurs de puissance et les composants de commande sont assemblés à leur circuit de puissance ou de commande respectif
Avantageusement, la deuxième couche du circuit de puissance et/ou du circuit de commande comprend des particules métalliques frittées.
Avantageusement, les particules métalliques de la deuxième couche du circuit de puissance et/ou du circuit de commande sont du même matériau que les particules métalliques de la première couche du circuit de puissance et/ou du circuit de commande.
Avantageusement, les particules métalliques de la deuxième couche du circuit de puissance et/ou du circuit de commande comprennent de l’argent.
Avantageusement, le circuit de puissance comprend une couche intermédiaire électriquement conductrice disposée entre lesdites première et deuxième couches.
Avantageusement, la couche intermédiaire du circuit de puissance comprend des particules métalliques frittées.
Avantageusement, les particules métalliques de la couche intermédiaire du circuit de puissance sont du même matériau que les particules métalliques de la première et/ou de la deuxième couche du circuit de puissance.
Avantageusement, les particules métalliques de la couche intermédiaire comprennent de l’argent.
La présente invention a également pour objet un procédé pour fabriquer un module électronique de puissance d’un aéronef tel que précédemment décrit. Le procédé comprend les étapes de :
- réalisation d’une première couche électriquement conductrice sur un dissipateur thermique au moins en partie en matériau céramique, de sorte à former un circuit de puissance sur ledit dissipateur thermique,
- réalisation d’une première couche électriquement conductrice sur le dissipateur thermique, de sorte à former un circuit de commande sur ledit dissipateur thermique,
- assemblage d’au moins un composant à semi-conducteur de puissance avec le circuit de puissance et d’au moins un composant de commande avec le circuit de commande.
Avantageusement, les premières couches du circuit de puissance et du circuit de commande sont réalisées simultanément.
Avantageusement, la première couche du circuit de puissance et/ou du circuit de commande est réalisée suivant les étapes de :
- dépôt d’une première couche d’une pâte chargée de particules métalliques sur le dissipateur thermique, de sorte à former le circuit de puissance et/ou le circuit de commande sur ledit dissipateur thermique, ladite pâte étant adaptée pour adhérer au matériau céramique du dissipateur thermique après frittage de ladite première couche,
- frittage de la première couche.
Avantageusement, les étapes de dépôt et de frittage du circuit de puissance et du circuit de commande sont réalisées simultanément.
Avantageusement, le frittage de la ou des premières couches est réalisé par recuit à une température comprise 500 et 1000°C, plus préférentiellement à une température comprise entre 650 et 800°C.
Avantageusement, le procédé comprend en outre, préalablement à l’étape d’assemblage, les étapes de :
- dépôt d’une couche intermédiaire sur la première couche formant le circuit de puissance, la couche intermédiaire comprenant une pâte chargée de particules métalliques ou un ou plusieurs films secs comprenant des particules métalliques, ladite pâte ou le(s)dit(s) film(s) sec(s) étant adapté(es) pour adhérer à la première couche après frittage de la couche intermédiaire,
- frittage de la couche intermédiaire.
Avantageusement, l’assemblage du ou des composants à semi-conducteur de puissance et/ou du ou des composants de commande comprend les étapes de :
- dépôt d’une deuxième couche sur la première couche formant le circuit de puissance et/ou sur la couche intermédiaire et/ou sur la première couche formant le circuit de commande, la deuxième couche comprenant une pâte chargée de particules métalliques ou un ou plusieurs films secs comprenant des particules métalliques, ladite pâte ou le(s)dit(s) film(s) sec(s) étant adapté(es) pour adhérer à la première couche formant le circuit de puissance et/ou sur la couche intermédiaire de ladite ou desdites deuxièmes couches,
- mise en place du ou des composants à semi-conducteur de puissance et/ou du ou des composants de commande sur leur deuxième couche respective, et
- frittage de la ou des deuxièmes couches.
Avantageusement, les particules métalliques de la couche intermédiaire sont du même matériau métallique que les particules métalliques de la première couche formant le circuit de puissance et/ou les particules métalliques de la ou des deuxièmes couches sont du même matériau métallique que les particules métalliques de la ou des premières couches ou que les particules métalliques de la couche intermédiaire.
Avantageusement, le frittage de la couche intermédiaire et/ou de la ou des deuxièmes couches est réalisé par recuit à une température comprise entre 200 et 350°C.
Alternativement, l’assemblage du ou des composants à semi-conducteur de puissance et/ou du ou des composants de commande comprend les étapes de :
- dépôt d’une deuxième couche métallique sur la première couche formant le circuit de puissance ou la couche intermédiaire et/ou sur la première couche formant le circuit de commande,
- mise en place du ou des composants à semi-conducteur de puissance et/ou du ou des composants de commande sur leur deuxième couche respective, et
- brasage de la ou des deuxièmes couches métallique, de sorte à former une ou des deuxièmes couches de brasure.
PRESENTATION DES FIGURES
D’autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatif et sur lesquels :
- la figure 1 (déjà décrite) est une vue en coupe, schématique, d’un module électronique de puissance de l’art antérieur,
- la figure 2 est un graphique représentant la flèche d’un substrat du module électronique de puissance illustré à la figure 1, lors d’une phase de refroidissement (a) et d’une phase de chauffage (b),
- la figure 3a est une vue en coupe, schématique, d’un module électronique de puissance selon un premier mode de réalisation de l’invention,
- la figure 3b est une vue en coupe, schématique, d’un module électronique de puissance selon un deuxième mode de réalisation de l’invention,
- la figure 4a est un ordinogramme d’un procédé de fabrication d’un module électronique de puissance selon un premier mode de réalisation,
- la figure 4b est un ordinogramme d’un procédé de fabrication d’un module électronique de puissance selon un deuxième mode de réalisation.
DESCRIPTION DETAILLEE
La figure 3a montre un module électronique de puissance 20a d’un aéronef selon un premier mode de réalisation de l’invention. Le module électronique de puissance 20a est par exemple prévu pour intégrer un dispositif convertisseur d’alimentation électrique par l’intermédiaire duquel des systèmes propulsifs et non propulsifs de l’aéronef, comme par exemple des actionneurs électromécaniques et des actionneurs électrohydrauliques, sont raccordés à un générateur principal dudit aéronef et sont donc électrifiés.
Le module électronique de puissance 20a est particulièrement adapté pour des applications ne nécessitant pas de fortes puissances ni de hautes températures. On entend par « fortes puissances » des puissances supérieures à 1kW et par « hautes températures » des températures ambiantes supérieures à 150°C.
Le module électronique de puissance 20a comprend :
- un dissipateur thermique 21 au moins en partie en matériau céramique,
- un circuit de puissance 22 comprenant une première couche 23 électriquement conductrice, disposée contre le dissipateur thermique 21,
- au moins un composant à semi-conducteur de puissance 24, tel qu’une diode ou un transistor, assemblé au circuit de puissance 22.
Par ailleurs, le module électronique de puissance 20a comprend un circuit de commande 25 muni d’une première couche 26 électriquement conductrice, disposée contre le dissipateur thermique 21 et au moins un composant de commande 27 assemblé au circuit de commande 25.
Ainsi, le dissipateur thermique 21 fait office de couche électriquement isolante supportant le circuit de puissance 22 et le circuit de commande 25. Le dissipateur thermique 21 et la première couche 23, 26 remplacent donc le substrat des modules électroniques de puissance de l’art antérieur. Cela est particulièrement avantageux car le nombre de couches entre le ou les composants à semi-conducteurs de puissance 24 et le ou les composants à semi-conducteurs de puissance 27 et le dissipateur thermique 21 est drastiquement réduit, ce qui permet de limiter la résistance thermique du module électronique de puissance 20a et ainsi d’améliorer de manière substantielle la dissipation thermique dans le module électronique de puissance 20a. Cela permet également de réduire le volume et la masse du module électronique de puissance 20a, ce qui est particulièrement intéressant dans le domaine de l’aéronautique où il est primordial de limiter le volume et la masse des composants embarqués de l’aéronef.
Le module électronique de puissance 20a s’affranchit en outre de la couche de matériau d’interface thermique qu’il est connu de déposer entre la semelle/le substrat et le dissipateur thermique, et qui induit des limitations de température maximale de fonctionnement pour les modules électroniques de puissance de l’art antérieur.
Par ailleurs, le circuit de puissance 22 et le circuit de commande 25 sont tous deux formés sur le dissipateur thermique 21. Cela a pour avantage de rapprocher le circuit de puissance 22 et celui de commande 25 et ainsi de limiter l’inductance parasite entre les composants à semi-conducteurs de puissance 24 et de commande 27 et de permettre l’utilisation de hautes fréquences, notamment de fréquences supérieures à 100kHz. Cela permet également de réduire le volume et la masse du module électronique de puissance 20a, ce qui est particulièrement intéressant dans le domaine de l’aéronautique où il est primordial de limiter le volume et la masse des composants embarqués de l’aéronef. La fabrication du module électronique de puissance 20a est également simplifiée car le circuit de puissance 22 et le circuit de commande 25 sont réalisés sur un même support, le dissipateur thermique 21, et non pas sur un substrat séparé rapporté postérieurement l’un sur l’autre. Par ailleurs, le circuit de puissance 22 et le circuit de commande 25 peuvent être réalisé simultanément. Tout cela représente un gain de temps ainsi qu’un gain d’argent.
La ou les premières couches 23, 26 sont disposées directement contre le dissipateur thermique 21.
De préférence, le dissipateur thermique 21 comprend du nitrure d’aluminium (AIN). Le nitrure d’aluminium (AIN) a pour avantage de présenter de bonnes propriétés thermiques, notamment une conductivité thermique de 180W/mK et un coefficient de dilatation thermique de 5ppm/°C.
Le dissipateur thermique 21 peut en outre être en matériau céramique composite et comprendre des fils métalliques, des feuillards métalliques, des particules de carbones ou des métaux sous une autre forme, afin d’améliorer la conductivité thermique dudit dissipateur thermique 21.
Le matériau choisi pour le dissipateur thermique 21 doit être électriquement isolant et bon conducteur thermique. Il doit par exemple présenter une conductivité thermique supérieure à 50W/mK et un coefficient de dilatation thermique compris entre 1 et 8 ppm/°C, notamment un coefficient de dilatation thermique proche de celui des composants à semi-conducteurs de puissance 3 qui se situe généralement entre 3 et 5 ppm/°C.
De préférence, la première couche 23, 26 du circuit de puissance 22 et/ou du circuit de commande 25 comprend des particules métalliques frittées.
De cette manière, la première couche 23, 26 du circuit de puissance 22 et/ou du circuit de commande 25 est de nature poreuse, ce qui a pour effet d’absorber les contraintes thermomécaniques engendrées par la différence de coefficients de dilatation thermique entre le dissipateur thermique 21 et le ou les composants à semi-conducteurs de puissance 24 et/ou le ou les composants de commande 27, et ainsi de limiter les risques de fissures du circuit de puissance 22 et/ou du circuit de commande 25. Le module électronique de puissance 20a est donc plus fiable.
Par ailleurs, le fait que la première couche 26 du circuit de commande 25 comprenne des particules métalliques frittées permet de réaliser un circuit de commande 25 dont les pistes peuvent être à une distance minimale allant jusqu’à 100pm, ce qui est impossible avec les modules électroniques de puissance de l’art antérieur dont le circuit de commande est réalisé par gravure sur la couche métallique du substrat de puissance et dont la distance minimale entre les pistes de la couche métallique supérieure doit être supérieure à 300pm. Ainsi, cela évite de surdimensionner le circuit de commande 25. Cela participe également à un gain de volume et de masse, la surface nécessaire pour réaliser le circuit de commande 25 étant plus faible.
De préférence, les particules métalliques frittées de la première couche 23, 26 du circuit de puissance 22 et/ou du circuit de commande 25 sont des particules d’argent (Ag). L’argent a pour avantage d’être un bon conducteur électrique, un bon conducteur thermique, de ne pas s’oxyder à température ambiante, par exemple en comparaison du cuivre (Cu), et d’être peu coûteux, par exemple en comparaison de l’or (Au).
La première couche 23 du circuit de puissance 22 et/ou la première couche 26 du circuit de commande 25 sont par exemple obtenues par dépôt d’une pâte chargée de particules métalliques puis par frittage de ladite pâte, ladite pâte étant adaptée pour adhérer au matériau céramique du dissipateur thermique 21 après frittage de la ou des premières couches 23, 26. La pâte comprend, en plus des particules métalliques, un dispersant permettant de limiter la coagulation des particules métalliques avant le frittage et un liant organique permettant d’ajuster la viscosité de la pâte. En outre, des promoteurs d’adhérence peuvent être déposés à la surface du dissipateur thermique 21 ou dans la pâte pour permettre une meilleure adhérence entre la céramique et les particules métalliques de la pâte. Un exemple de pâte adaptée est par exemple la pâte ESL 9913 commercialisée par la société ESL ELECTROSIENCE.
Alternativement, la première couche 23, 26 du circuit de puissance 22 et/ou du circuit de commande 25 est une couche de brasure ou une couche métallique déposée par électrodéposition ou dans un bain chimique. Lorsque la première couche 23, 26 est une couche de brasure, elle comprend par exemple du plomb (Pb), de l’étain (Sn), de l’indium (In), ou un alliage d’étain, d’argent et de cuivre (SnAgCu) ou d’or et d’étain (AuSn).
La première couche 23 du circuit de puissance 22 et/ou la première couche 26 du circuit de commande 25 présentent par exemple une épaisseur comprise entre 15 et 25pm.
Lorsque la première couche 23 du circuit de puissance 22 et/ou la première couche 26 du circuit de commande 25 comprennent des particules métalliques frittées, l’épaisseur de la ou desdites premières couches 23, 26 est par exemple comprise entre 30 et 50pm, lors de son dépôt sur le dissipateur thermique 21 et avant son frittage.
Le ou les composants à semi-conducteurs de puissance 24 et/ou les composants de commande 27 comportent par exemple du silicium (Si).
Le circuit de puissance 22 et/ou le circuit de commande 25 peuvent en outre comprendre une deuxième couche 28, 29 disposée contre la première couche 23, 26, du côté opposé au dissipateur thermique 21, et au moyen de laquelle les composants à semi-conducteurs de puissance 24 et/ou de commande 27 sont assemblés à leur circuit 22, 25 respectif.
La deuxième couche 28, 29 comprend par exemple des particules métalliques frittées. Les particules métalliques sont de préférence des micro ou des nanoparticules métalliques.
Les particules métalliques de la deuxième couche 28, 29 sont de préférence du même matériau métallique que les particules métalliques de la première couche 23, 26. En utilisant des particules métalliques du même métal pour la première couche 23, 26 et la deuxième couche 28, 29, on améliore l’adhésion des première et deuxième couches 23, 28 ; 26, 29. Les interconnexions métalliques entre les première et deuxième couches 23, 28 ; 26, 29 sont donc moins fragiles et la fiabilité du module électronique de puissance 20a à hautes températures est augmentée.
De préférence, les particules métalliques de la deuxième couche 28, 29 du circuit de puissance 22 et/ou du circuit de commande 25 sont des particules d’argent (Ag). L’argent a pour avantage d’être un bon conducteur électrique, un bon conducteur thermique, de ne pas s’oxyder à température ambiante, par exemple en comparaison du cuivre (Cu), et d’être peu coûteux, par exemple en comparaison de l’or (Au).
La deuxième couche 28 du circuit de puissance 22 et/ou la deuxième couche 29 du circuit de commande 25 sont par exemple obtenues par dépôt d’une pâte chargée de particules métalliques puis par frittage de ladite pâte, ladite pâte étant adaptée pour adhérer à la ou les premières couches 23, 26 après frittage de la ou des deuxièmes couches 28, 29. La pâte comprend, en plus des particules métalliques, un dispersant permettant de limiter la coagulation des particules métalliques avant le frittage et un liant organique permettant d’ajuster la viscosité de la pâte. Un exemple de pâte adaptée est par exemple la pâte NanoTach®-LT commercialisée par la société NBE Tech ou la pâte LOCTITE ABLESTIK SSP 2020 commercialisé par la société HENKEL.
La deuxième couche 28, 29 peut également être obtenue par dépôt d’un ou plusieurs films secs comprenant des particules métalliques, puis par frittage desdits films secs, le ou lesdits films secs étant adaptés pour adhérer à la ou les premières couches 23, 26 après frittage de la ou des deuxièmes couches 28, 29. Les films secs comprennent, en plus des particules métalliques, un dispersant permettant de limiter la coagulation des particules métalliques avant le frittage, mais contrairement aux pâtes chargées de particules métalliques, ils ne comprennent pas de liant organique. Un exemple de films secs adaptés est par exemple les films Argomax® 8010 Films commercialisés par la société Alpha.
Dans ces deux cas, les composants à semi-conducteurs de puissance 24 et/ou les composants de commande 27 sont placés sur la deuxième couche 28, 29 avant frittage, le frittage de la pâte ou du ou des films secs permettant l’adhérence des composants à semi-conducteurs de puissance 24 et/ou des composants de commande 27 à la deuxième couche 28, 29.
Les matériaux des plots de connexion électrique (non représentés) des composants à semi-conducteurs de puissance 24 et/ou des composants de commande 27 à leur circuit respectif 23, 26 ainsi que les matériaux des plots de connexion électrique entre lesdits composants 24, 27 sont choisis de manière à être compatibles en termes d’adhérence avec la pâte ou le ou les films secs à fritter. Ces matériaux sont par exemple l’argent (Ag), l’or (Au) ou le cuivre (Cu), lorsque que la pâte ou le ou les films secs comprennent des particules d’argent (Ag).
Alternativement, la deuxième couche 28, 29 est une couche de brasure. La couche de brasure 28, 29 comprend par exemple du plomb (Pb), de l’étain (Sn), de l’indium (In), ou un alliage d’étain, d’argent et de cuivre (SnAgCu) ou d’or et d’étain (AuSn).
La deuxième couche 28 du circuit de puissance 22 et/ou la deuxième couche 29 du circuit de commande 25 présentent par exemple une épaisseur comprise entre 5 et 50pm.
Lorsque deuxième couche 28 du circuit de puissance 22 et/ou la deuxième couche 29 du circuit de commande 25 comprennent des particules métalliques frittées, l’épaisseur de la ou desdites deuxième couches 28, 29 est par exemple comprise entre 10 et 100pm, lors de son dépôt sur la première couche 23, 26 et avant son frittage.
La figure 3b montre un module électronique de puissance 20b selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. Le module électronique de puissance 20b est particulièrement adapté pour des applications nécessitant de fortes puissances et de hautes températures. Les éléments identiques entre ce module électronique de puissance 20b et le module électronique de puissance 20a selon le premier mode de réalisation de l’invention conservent les mêmes références.
Le circuit de puissance 22 du module électronique de puissance 20b comprend en plus de la première couche 23 et de la deuxième couche 28 une couche intermédiaire 30 disposée entre lesdites première et deuxième couches 23, 28.
La couche intermédiaire 30 permet d’augmenter l’épaisseur du circuit de puissance 22 afin de lui permettre de transmettre de fortes puissances.
De préférence, la couche intermédiaire 30 du circuit de puissance 22 comprend des particules métalliques frittées. Les particules métalliques sont de préférence des micro ou des nanoparticules métalliques.
Les particules métalliques de la couche intermédiaire 30 sont de préférence du même matériau métallique que les particules métalliques de la première couche 23 et/ou de la deuxième couche 28, afin de s’assurer de la bonne adhérence entre la couche intermédiaire 30 et la première et/ou la deuxième couches 23, 28 et une meilleure fiabilité à hautes températures.
De préférence, les particules métalliques de la couche intermédiaire 30 du circuit de puissance 22 sont des particules d’argent (Ag). L’argent a pour avantage d’être un bon conducteur électrique, un bon conducteur thermique, de ne pas s’oxyder, par exemple en comparaison du cuivre (Cu), et d’être peu coûteux, par exemple en comparaison de l’or (Au).
La couche intermédiaire 30 du circuit de puissance 22 est par exemple obtenue par dépôt d’une pâte chargée de particules métalliques puis par frittage de ladite pâte, ladite pâte étant adaptée pour adhérer à la première couche 23 après frittage de la couche intermédiaire 30. La pâte comprend, en plus des particules métalliques, un dispersant permettant de limiter la coagulation des particules métalliques avant le frittage et un liant organique permettant d’ajuster la viscosité de la pâte. La même pâte peut être utilisée pour la couche intermédiaire 30 et la première ou la deuxième couches 23, 28, toutefois cela n’est pas obligatoire. Avantageusement, la deuxième couche 28 comprend la même pâte que la couche intermédiaire 30. Un exemple de pâte adaptée est par exemple la pâte NanoTach®-LT commercialisée par la société NBE Tech ou la pâte LOCTITE ABLESTIK SSP 2020 commercialisé par la société HENKEL.
Alternativement, la couche intermédiaire 30 est obtenue par dépôt d’un ou plusieurs films secs comprenant des particules métalliques, puis par frittage desdits films secs, le ou lesdits films secs étant adaptés pour adhérer à la première couche 23 du circuit de puissance 22 après frittage de la couche intermédiaire 30. Les films secs comprennent, en plus des particules métalliques, un dispersant permettant de limiter la coagulation des particules métalliques avant le frittage, mais contrairement aux pâtes chargées de particules métalliques, ils ne comprennent pas de liant organique. Les mêmes films secs peuvent être utilisés pour la couche intermédiaire 30 et la première ou la deuxième couches 23, 28, toutefois cela n’est pas obligatoire. Avantageusement, la deuxième couche 28 comprend les mêmes films secs que la couche intermédiaire 30. Un exemple de films secs adaptés est par exemple les films Argomax 8010 commercialisés par la société Alpha.
Alternativement, la couche intermédiaire 30 du circuit de puissance 22 est une couche de brasure ou une couche métallique déposée par électrodéposition ou dans un bain chimique. Lorsque la couche intermédiaire 30 du circuit de puissance 22 est une couche de brasure, elle comprend par exemple du plomb (Pb), de l’étain (Sn), de l’indium (In), ou un alliage d’étain, d’argent et de cuivre (SnAgCu) ou d’or et d’étain (AuSn).
La couche intermédiaire 30 du circuit de puissance 22 présente par exemple une épaisseur supérieure ou égale à 50 pm.
Lorsque la couche intermédiaire 30 du circuit de puissance 22 comprend des particules métalliques frittées, l’épaisseur de la couche intermédiaire 30 est par exemple supérieure à 100pm, lors de son dépôt sur la première couche 23 et avant son frittage.
On comprendra que dans ce mode de réalisation, la pâte chargée de particules métalliques ou les films secs comprenant des particules métalliques à partir desquels la deuxième couche 28 du circuit de puissance 22 est obtenue sont adaptés pour adhérer à la couche intermédiaire 30 après frittage de ladite deuxième couche 28.
La figure 4a montre un procédé 100a pour fabriquer un module électronique de puissance 20a selon un premier mode de réalisation de l’invention. Le procédé 20a est particulièrement adapté pour fabriquer des modules électroniques de puissance 20a pour des applications ne nécessitant pas de fortes puissances ni de hautes températures.
Le procédé 100a comprend les étapes suivantes de :
- réalisation 101, 102 d’une première couche 23 électriquement conductrice sur un dissipateur thermique 21 au moins en partie en matériau céramique, de sorte à former un circuit de puissance 22 sur ledit dissipateur thermique 21,
- réalisation 101, 102 d’une première couche 26 électriquement conductrice sur le dissipateur thermique 21, de sorte à former un circuit de commande 25 sur ledit dissipateur thermique 21,
- assemblage 105 d’au moins un composant à semi-conducteur de puissance 24 avec le circuit de puissance 22 et d’au moins un composant de commande 27 avec le circuit de commande 25.
Le procédé 100a permet ainsi de réaliser sur un même support, le dissipateur thermique 21, le circuit de puissance 22 et le circuit de commande 25, au lieu de réaliser le circuit de puissance et le circuit de commande sur un support séparé rapporté l’un sur l’autre dans une étape ultérieure. Le procédé 100a simplifie donc la fabrication du module de puissance 20a. Par ailleurs, le procédé 100a permet de réaliser simultanément le circuit de puissance 22 et le circuit de commande 25, les premières couches 23, 26 étant déposées en même temps sur le dissipateur thermique 21. Tout cela représente un gain de temps ainsi qu’un gain d’argent.
Avantageusement, les étapes de réalisation 101, 102 des premières couches 23, 26 et/ou d’assemblage 105 du circuit de puissance 22 et du circuit de commande 25 sont réalisées simultanément pour les deux circuits 22, 25.
De préférence, la première couche 23, 26 du circuit de puissance 22 et/ou du circuit de commande 25 est réalisée comme suit :
- dépôt 101 d’une première couche 23, 26 d’une pâte chargée de particules métalliques sur le dissipateur thermique 21, de sorte à former le circuit de puissance 22 et/ou le circuit de commande 25 sur ledit dissipateur thermique 21, ladite pâte étant adaptée pour adhérer au matériau céramique du dissipateur thermique 21 après frittage de ladite première couche 23, 26,
- frittage 102 de la première couche 23, 26.
Le fait que le circuit de puissance 22 et/ou le circuit de commande 25 soient réalisés par dépôt 101 d’une première couche 23, 26 d’une pâte chargée de particules métalliques puis par frittage 102 de ladite première couche 23, 26 est particulièrement avantageux. En effet, le frittage 102 d’une telle pâte permet d’obtenir une première couche 23, 26 et donc un circuit de puissance 22 et/ou de commande 25 de nature poreuse, qui absorbe bien les contraintes thermomécaniques. Cela permet de limiter les risques de fissures du circuit de puissance 22 et/ou du circuit de commande 25. Le module électronique de puissance 20a ainsi fabriqué est donc plus fiable. Par ailleurs, le frittage 102 permet d’assurer une bonne adhérence entre le matériau céramique du dissipateur thermique 21 et les particules métalliques de la première couche 23,
26.
Par ailleurs, le dépôt 101 d’une première couche 26 d’une pâte chargée de particules métalliques est particulièrement avantageux car il permet de réaliser un circuit de commande 25 dont les pistes peuvent être à une distance minimale de 150pm, ce qui est impossible avec les procédés de fabrication connus dans lesquels le circuit de commande est réalisé par gravure sur la couche métallique supérieure du substrat de puissance ce qui nécessite une distance minimale supérieure à 300pm entre les pistes de la couche métallique supérieure. Autrement dit, cela permet de réaliser un circuit de commande 25, et donc de fabriquer un module électronique de puissance 20a, qui ne sont pas surdimensionnés.
Avantageusement, les étapes de dépôt 101, de frittage 102 pour chacune des premières couches 23, 26 du circuit de puissance 22 et du circuit de commande 25 sont réalisées simultanément.
Le procédé 100a peut en outre comprendre une étape de connexion 106 des composants à semi-conducteurs de puissance 24 entre eux et le cas échéant avec les composants de commande 27.
La ou les premières couches 23, 26 sont par exemple déposées par sérigraphie ou par impression sur le dissipateur thermique 21.
De préférence, la ou les premières couches 23, 26 sont déposées 101 directement sur le dissipateur thermique 21.
La ou les premières couches 23, 26 sont par exemple déposées 101 sur une épaisseur comprise entre 30 et 50pm.
Le frittage 102 de la ou des premières couches 23, 26 est par exemple réalisé par recuit. Le recuit 102 est réalisé à hautes températures, notamment à une température comprise entre 500 et 1000°C, plus préférentiellement à une température comprise entre 650 et 800°C. De telles températures permettent d’améliorer l’adhérence entre les premières couches 23, 26 des circuits de puissance 22 et de commande 25 et le dissipateur thermique 21.
L’assemblage 105 des composants à semi-conducteurs de puissance 24 et des composants de commande 27 est par exemple réalisé au moyen d’une deuxième couche 28, 29 électriquement conductrice, disposée sur la première couche 23 formant le circuit de puissance 22 et sur la première couche 26 formant le circuit de commande 25.
De préférence, l’assemblage 105 des composants à semi-conducteurs de puissance 24 et/ou de commande 27 est réalisé comme suit :
- dépôt 105a d’une deuxième couche 28, 29 sur la première couche 23 formant le circuit de puissance 22 et sur la première couche 26 formant le circuit de commande 25, la deuxième couche 28, 29 comprenant une pâte chargée particules métalliques ou un ou plusieurs films secs comprenant des particules métalliques, ladite pâte ou le(s)dit(s) film(s) sec(s) étant adaptés pour adhérer à la ou aux premières couches 23, 26 après frittage de la ou des deuxièmes couches 28, 29,
- mise en place 105b des composants à semi-conducteurs de puissance 24 et des composants de commande 27 sur la deuxième couche 28, 29 correspondant à leur circuit respectif 22, 25, et
- frittage 105c des deuxièmes couches 28, 29.
Le dépôt 105a et le frittage 105b d’une pâte chargée de particules métalliques ou de films secs comprenant des particules métalliques présentent l’avantage d’obtenir une deuxième couche 28, 29 de nature poreuse qui absorbe bien les contraintes thermomécaniques engendrées par la différence de coefficient de dilatation thermique entre le dissipateur thermique 21 et les composants à semi-conducteurs de puissance 24 et les composants de commande 27. Cela permet de limiter les risques de fissures du circuit de puissance 22 et/ou du circuit de commande 25. Le module électronique de puissance 20a ainsi fabriqué est donc plus fiable. Le frittage 105c permet en outre d’assurer une bonne adhérence entre la première couche 23, 26 et les particules métalliques de la deuxième couche 28, 29 et entre les composants à conducteurs de puissance 22 et de commande 27 et la deuxième couche 28, 29.
La ou les deuxièmes couches 28, 29 sont par exemple déposées 104a par sérigraphie ou par impression sur la ou les premières couches 23, 26.
La ou les deuxièmes couches 28, 29 sont par exemple déposées 104a localement sur des zones de la ou les premières couches 23, 26 recevant les composants à semi-conducteurs de puissance 24 et le cas échéant de commande
27.
Les films secs peuvent en outre être déposés 105a sous forme d’une ou plusieurs préformes comprenant une feuille de métal interposée entre deux films secs de particules métalliques. La feuille de métal comprend de préférence le même métal que les particules métalliques. Un exemple de préformes adaptées est les préformes Argomax® 9000 Preforms commercialisées par la société ALPHA.
La ou les deuxièmes couches 28, 29 sont par exemple déposées 105a sur une épaisseur comprise 10 et 100pm.
Le frittage 105c de la ou des deuxièmes couches 28, 29 est par exemple réalisé par recuit. Le recuit 105c est réalisé à une température comprise entre 200 et 350°C.
Le recuit 105c peut en outre être réalisé avec ou sans pression appliquée sur la ou les deuxièmes couches 28, 29. Lorsque le recuit 105c est réalisé avec pression, une pression est appliquée à la pâte ou au(x) film(s) sec(s) en appuyant sur les composants à semi-conducteurs de puissance 24 et/ou les composants de commande 27. La pression à appliquer lors du recuit 105c est par exemple comprise entre 2 et 10MPa.
Alternativement, l’assemblage 105 des composants à semi-conducteurs de puissance 24 et des composants de commande 27 est par exemple réalisé de la manière suivante :
- dépôt 105d d’une deuxième couche 28, 29 métallique sur la première couche 23 formant le circuit de puissance 22 et sur la première couche 26 formant le circuit de commande 25,
- mise en place 105e des composants à semi-conducteurs de puissance 24 et des composants de commande 27 sur la deuxième couche 28, 29 métallique correspondant à leur circuit respectif 22, 25, et
- brasage 105f des deuxièmes couches 28, 29 métallique, de sorte à former des deuxièmes couches de brasure 28, 29.
Les deuxièmes couches 28, 29 métalliques sont par exemple déposées 104d localement sur des zones de la ou les premières couches 23, 26 recevant les composants à semi-conducteurs de puissance 24 et le cas échéant de commande 27.
La deuxième couche 28, 29 métallique comprend par exemple du plomb (Pb), de l’étain (Sn), de l’indium (In), ou un alliage d’étain, d’argent et de cuivre (SnAgCu) ou d’or et d’étain (AuSn).
La ou les deuxièmes couches 28, 29 sont par exemple déposées 105a, 105d sur une épaisseur comprise 10 et 1OOprn.
La figure 4b montre un procédé 100b pour fabriquer un module électronique de puissance 20b selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. Le procédé 20b est particulièrement adapté pour fabriquer des modules électroniques de puissance 20b pour des applications nécessitant de fortes puissances et de hautes températures. Les éléments identiques entre ce procédé 100b et le procédé 100a selon le premier mode de réalisation de l’invention conservent les mêmes références.
Le procédé 100b comprend, préalablement à l’étape d’assemblage 105, une étape de réalisation 103, 104 d’une couche intermédiaire 30 électriquement conductrice, disposée sur la première couche 23 formant le circuit de puissance 22.
La réalisation 103, 104 de la couche intermédiaire 30 permet d’augmenter l’épaisseur du circuit de puissance 22 afin de lui permettre de transmettre de fortes puissances.
De préférence, la couche intermédiaire 30 est réalisée comme suit :
- dépôt 103 d’une couche intermédiaire 30 sur la première couche 23 formant le circuit de puissance 22, la couche intermédiaire 30 comprenant une pâte chargée de particules métalliques ou un ou plusieurs films secs comprenant des particules métalliques, ladite pâte ou le(s)dit(s) film(s) sec(s) étant adaptés pour adhérer à la première couche 23 après frittage de la couche intermédiaire 30,
- frittage 104 de la couche intermédiaire 30.
Le dépôt 103 et le frittage 104 d’une pâte chargée de particules métalliques ou de films secs comprenant des particules métalliques présentent l’avantage d’obtenir une couche intermédiaire 30 de nature poreuse qui absorbe bien les contraintes thermomécaniques. Cela permet de limiter les risques de fissures du circuit de puissance 22. Le module électronique de puissance 20a ainsi fabriqué est donc plus fiable. Le frittage 104 permet en outre d’assurer une bonne adhérence entre la première couche 23 et les particules métalliques de la couche intermédiaire 30.
On comprendra que dans ce cas, lors de l’assemblage 105 des composants à semi-conducteurs de puissance 24 au circuit de puissance 22, la deuxième couche 28 est déposée 105a, 105d sur la couche intermédiaire 30 et non pas sur la première couche 23. En particulier, lorsque la deuxième couche 28 du circuit de puissance 22 est réalisée par dépôt 104a d’une pâte ou d’un ou plusieurs films secs, ladite pâte ou lesdits films secs sont adaptés pour adhérer à la couche intermédiaire 30 après frittage de ladite deuxième couche 28. Le cas échéant, le frittage 105b de la deuxième couche 28 permet d’assurer une bonne adhérence entre le la couche intermédiaire 30 et les particules métalliques de la deuxième couche 28.
La couche intermédiaire 30 est par exemple déposée 104 par sérigraphie ou par impression sur la première couche 23 formant le circuit de puissance 22.
Les films secs peuvent en outre être déposés 103 sous forme d’une ou plusieurs préformes comprenant une feuille de métal interposée entre deux films secs de particules métalliques. La feuille de métal comprend de préférence le même métal que les particules métalliques. Un exemple de préformes adaptées est les préformes Argomax® 9000 Preforms commercialisées par la société ALPHA.
La couche intermédiaire 30 du circuit de puissance 22 présente par exemple une épaisseur supérieure ou égale à 100pm.
Le frittage 104 de la couche intermédiaire 30 est par exemple réalisé par recuit. Le recuit 104 est réalisé à une température comprise entre 200 et 350°C.
Le recuit 104 peut en outre être réalisé avec ou sans pression appliquée sur la couche intermédiaire 30. Lorsque le recuit 104 est réalisé avec pression, une plaque est appliqué contre la pâte ou le(s) film(s) de la couche intermédiaire 30, afin d’appliquer une pression à la pâte ou au(x) film(s) pendant le recuit 104. La plaque est ensuite retirée. La pression à appliquer lors du recuit 104 est par exemple comprise entre 2 et 10MPa.
Le matériau de la plaque est de préférence choisi de sorte à ne pas adhérer à la pâte ou au(x) film(s) sec(s). Lorsque la pâte ou le(s) film(s) comprennent de la poudre d’argent (Ag), la plaque est par exemple en verre, en aluminium, en téflon ou en oxyde d’aluminium (AI2O3).
Les modules électroniques de puissance 20a, 20b décrits ci-dessus présentent l’avantage d’être fiables à hautes températures, c’est-à-dire à des températures supérieures à 150°C, et de présenter une très faible résistance thermique comparativement aux modules électroniques de puissance connus de l’art antérieur. En particulier, les matériaux des modules électroniques de puissance 20a, 20b sont tous compatibles avec des températures supérieures à 300°C, notamment lorsque des poudres métalliques de même matériau sont utilisées pour les première et deuxième couches 23, 26, 28, 29 et pour la couche intermédiaire 30. Ces modules électroniques de puissance 20a, 20b présentent donc l’avantage de pouvoir être utilisés dans des environnements sévères, par exemple à hautes températures de stockage, ou dans des conditions de fonctionnement avec de grandes variations de température. Autrement dit, les modules électroniques de puissance 20a, 20b peuvent être intégrés à des dispositifs convertisseurs d’alimentation électrique qui seront situés dans des zones de l’aéronef où la température ambiante peut dépasser 150 °C. Cela permet ainsi un gain de rendement, d’espace, de masse et de coût pour l’aéronef.
Les modules électroniques de puissance 20a, 20b permettent également de s’affranchir des limites thermiques de la couche de matériau d’interface thermique des modules électroniques de puissance de l’art antérieur, et de celles de la multiplicité des couches entre les composants à semi-conducteurs de puissance et le dissipateur thermique, notamment de la multiplicité des couches de brasures entre lesdits composants à semi-conducteurs de puissance et le dissipateur thermique. Les modules électroniques de puissance 20a, 20b permettent en outre de s’affranchir des limites thermomécaniques des substrats présentant une couche électriquement isolante en céramique des modules électroniques de puissance de l’art antérieur, notamment des problèmes liés à la flèche de ces substrats.
Les modules électroniques de puissance 20a, 20b précédemment décrits permettent en outre d’avoir sur un même support, le dissipateur thermique 21, le circuit de puissance 22 et le circuit de commande 23, lesdits circuits de puissance 22 et de commande 23 étant alors très proches l’un de l’autre ce qui a pour effet de minimiser les inductances parasites entre lesdits circuits 22, 23 ainsi que les coûts.
Les modules électroniques de puissance 20a, 20b présentent également l’avantage d’avoir une masse et un volume réduits ce qui est particulièrement intéressant dans le domaine de l’aéronautique où il est primordial de limiter le volume et la masse des équipements embarqués de l’aéronef.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS
    1. Module électronique de puissance (20a, 20b) d’un aéronef comprenant :
    - un dissipateur thermique (21 ) au moins en partie en matériau céramique,
    - un circuit de puissance (22) comprenant une première couche (23) électriquement conductrice, disposée contre le dissipateur thermique (21),
    - un circuit de commande (25) comprenant une première couche (26) électriquement conductrice, disposée contre le dissipateur thermique (21),
    - au moins un composant à semi-conducteur de puissance (24) et au moins un composant de commande (27) respectivement assemblés au circuit de puissance (22) et au circuit de commande (25).
  2. 2. Module électronique de puissance (20a, 20b) selon la revendication 1, dans lequel le circuit de puissance (22) et le circuit de commande (25) comprennent en outre une deuxième couche (28, 29) électriquement conductrice, disposée contre la première couche (23, 26), du côté opposé au dissipateur thermique (21), et au moyen de laquelle les composants à semi-conducteurs de puissance (24) et les composants de commande (27) sont assemblés à leur circuit de puissance (22) ou de commande (25) respectif.
  3. 3. Module électronique de puissance (20b) selon la revendication 2, dans lequel le circuit de puissance (22) comprend une couche intermédiaire (30) électriquement conductrice, disposée entre lesdites première et deuxième couches (23, 28).
  4. 4. Module électronique de puissance (20a, 20b) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel :
    - la première couche (23, 26) du circuit de puissance (22) et/ou du circuit de commande (25) comprend des particules métalliques frittées, et/ou
    - la deuxième couche (28, 29) du circuit de puissance (22) et/ou du circuit de commande (25) comprend des particules métalliques frittées, et/ou
    - la couche intermédiaire (30) du circuit de puissance (22) comprend des particules métalliques frittées.
  5. 5. Module électronique de puissance (20a, 20b) selon la revendication 4, dans lequel :
    - les particules métalliques de la deuxième couche (28, 29) du circuit de puissance (22) et/ou du circuit de commande (25) sont du même matériau que les particules métalliques de la première couche (23, 26) du circuit de puissance (22) et/ou du circuit de commande (25), et/ou
    - les particules métalliques de la couche intermédiaire (30) du circuit de puissance (22) sont du même matériau que les particules métalliques de la première et/ou de la deuxième couche (23, 28) du circuit de puissance (22).
  6. 6. Module électronique de puissance (20a, 20b) selon la revendication 4 ou la revendication 5, dans lequel :
    - les particules métalliques de la première couche (23, 26) du circuit de puissance (22) et/ou du circuit de commande (25) comprennent de l’argent, et/ou
    - les particules métalliques de la deuxième couche (28, 29) du circuit de puissance (22) et/ou du circuit de commande (25) comprennent de l’argent, et/ou
    - les particules métalliques de la couche intermédiaire (30) comprennent de l’argent.
  7. 7. Procédé (100a, 100b) pour fabriquer un module électronique de puissance (20a, 20b) d’un aéronef selon l’une des revendications 1 à 6, comprenant les étapes de :
    - réalisation (101, 102) d’une première couche électriquement conductrice sur un dissipateur thermique (21) au moins en partie en matériau céramique, de sorte à former un circuit de puissance (22) sur ledit dissipateur thermique (21 ),
    - réalisation (101, 102) d’une première couche électriquement conductrice sur le dissipateur thermique (21), de sorte à former un circuit de commande (25) sur ledit dissipateur thermique (21 ),
    - assemblage (105) d’au moins un composant à semi-conducteur de puissance (24) avec le circuit de puissance (22) et d’au moins un composant de commande (27) avec le circuit de commande (25).
  8. 8. Procédé (100a, 100b) selon la revendication 7, dans lequel la première couche (23, 26) du circuit de puissance (22) et/ou du circuit de commande (25) est réalisée suivant les étapes de :
    - dépôt (101) d’une première couche (23, 26) d’une pâte chargée de particules métalliques sur le dissipateur thermique (21), de sorte à former le circuit de puissance (22) et/ou le circuit de commande (25) sur ledit dissipateur thermique (21), ladite pâte étant adaptée pour adhérer au matériau céramique du dissipateur thermique (21) après frittage de ladite première couche (23, 26),
    - frittage (102) de la première couche (23, 26).
  9. 9. Procédé (100b) selon la revendication 7 ou la revendication 8, comprenant en outre, préalablement à l’étape d’assemblage (105), les étapes de :
    - dépôt (103) d’une couche intermédiaire (30) sur la première couche (23) formant le circuit de puissance (22), la couche intermédiaire (30) comprenant une pâte chargée de particules métalliques ou un ou plusieurs films secs comprenant des particules métalliques, ladite pâte ou le(s)dit(s) film(s) sec(s) étant adaptés pour adhérer à la première couche (23) après frittage de la couche intermédiaire (30),
    - frittage (104) de la couche intermédiaire (30).
  10. 10. Procédé (100a, 100b) selon l’une des revendications 7 à 9, dans lequel l’assemblage (105) du ou des composants à semi-conducteur de puissance (24) et/ou du ou des composants de commande (27) comprend les étapes de :
    - dépôt (105a) d’une deuxième couche (28, 29) sur la première couche (23)
    5 formant le circuit de puissance (22) et/ou sur la couche intermédiaire (30) et/ou sur la première couche (26) formant le circuit de commande (25), la deuxième couche (28, 29) comprenant une pâte chargée de particules métalliques ou un ou plusieurs films secs comprenant des particules métalliques, ladite pâte ou le(s)dit(s) film(s) sec(s) étant adaptés pour
    10 adhérer à la première couche (23) formant le circuit de puissance (22) et/ou sur la couche intermédiaire (30) et/ou sur la première couche (26) formant le circuit de commande (25) après frittage de ladite ou desdites deuxièmes couches (28, 29),
    - mise en place (105b) du ou des composants à semi-conducteur de
  11. 15 puissance 24 et/ou du ou des composants de commande (27) sur leur deuxième couche (28, 29) respective, et
    - frittage (105c) de la ou des deuxièmes couches (28, 29).
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