FR3056073A1 - Unite electronique, convertisseur de tension la comprenant et equipement electrique comprenant un tel convertisseur de tension - Google Patents

Unite electronique, convertisseur de tension la comprenant et equipement electrique comprenant un tel convertisseur de tension Download PDF

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Abstract

L'invention concerne une unité électronique, notamment destinée à être intégrée dans un convertisseur de tension, comprenant : - au moins un premier composant électronique (20), - un substrat (12) comprenant : • une première zone de réception (22) du au moins un premier composant électronique (20), le premier composant électronique (20) étant brasé sur la première zone de réception (22), • une deuxième zone de réception (24) d'au moins un deuxième composant (26), les première et deuxième zones de réception (22, 24) étant adjacentes, • une rainure (30) s'étendant entre les première et deuxième zones de réception (22, 24).

Description

Titulaire(s) : VALEO SYSTEMES DE CONTROLE MOTEUR Société par actions simplifiée.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : VALEO SYSTEMES DE CONTROLE MOTEUR Société par actions simplifiée.
UNITE ELECTRONIQUE, CONVERTISSEUR DE TENSION LA COMPRENANT ET EQUIPEMENT ELECTRIQUE COMPRENANT UN TEL CONVERTISSEUR DE TENSION.
FR 3 056 073 - A1 (5/) L'invention concerne une unité électronique, notamment destinée à être intégrée dans un convertisseur de tension, comprenant:
- au moins un premier composant électronique (20),
- un substrat (12) comprenant:
une première zone de réception (22) du au moins un premier composant électronique (20), le premier composant électronique (20) étant brasé sur la première zone de réception (22), une deuxième zone de réception (24) d'au moins un deuxième composant (26), les première et deuxième zones de réception (22, 24) étant adjacentes, une rainure (30) s'étendant entre les première et deuxième zones de réception (22, 24).
Figure FR3056073A1_D0001
Figure FR3056073A1_D0002
-1 Unité électronique, convertisseur de tension la comprenant et équipement électrique comprenant un tel convertisseur de tension
L’invention concerne une unité électronique, notamment destinée à être intégrée dans un convertisseur de tension.
L’invention concerne également un convertisseur de tension comprenant une telle unité électronique et un équipement électrique comprenant une machine électrique et un tel convertisseur de tension.
En général, un moteur électrique, notamment pour véhicule automobile, comprend un convertisseur de tension comprenant une ou plusieurs unités électroniques de puissance contrôlées par une unité électronique de contrôle.
Une unité électronique de puissance comprend un capteur de température, afin de vérifier la température des composants de l’unité électronique de puissance et de garantir le bon fonctionnement de l’unité électronique de puissance.
Il existe des unités électroniques de puissance comprenant un substrat en céramique, et dans lesquelles un capteur de température est fixé, notamment par collage, sur le substrat en céramique. Le substrat comprend des traces de puissance permettent de connecter électriquement le capteur de température à l’unité électronique de contrôle configurée pour contrôler les unités électroniques de puissance. En particulier, le capteur de température est connecté électriquement à une tension électrique extérieure à l’unité électronique de puissance par l’intermédiaire d’une trace de puissance de l’unité électronique de puissance. De plus, le capteur de température est connecté électriquement à une autre trace de puissance, par exemple par l’intermédiaire d’un fil électrique, de sorte à transmettre une tension électrique à ladite trace de puissance. La trace de puissance est connectée électriquement à l’unité électronique de contrôle, qui convertit la tension électrique en température.
Il existe également des unités électroniques de puissance comprenant un substrat comprenant des traces de puissance surmoulées de matériau isolant électriquement, et dans lesquelles un capteur de température est brasé sur une trace de puissance du
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-2substrat. En particulier, le capteur de température est connecté électriquement à une tension électrique extérieure à l’unité électronique de puissance par l’intermédiaire d’une trace de puissance de l’unité électronique de puissance et est connecté électriquement à une autre trace de puissance, par exemple par l’intermédiaire d’un fil électrique, de sorte à transmettre une tension électrique à l’autre trace de puissance, qui est connectée électriquement à l’unité électronique de contrôle.
Cependant, ces unités électroniques nécessitent des procédés de fabrication complexes et coûteux. En effet, plusieurs étapes de procédé sont nécessaires afin de connecter électriquement le capteur de température et l’unité électronique de contrôle. Par exemple, le procédé comprend une étape de brasure du capteur de température sur une trace de puissance de l’unité électronique de puissance, une étape de connexion électrique du capteur de température sur une autre trace de puissance, une étape de connexion électrique des traces de puissance à une tension électrique extérieure à l’unité électronique de puissance.
En outre, la connexion électrique entre le capteur de température et l’unité électronique de contrôle nécessite différentes zones de connexion, notamment afin d’empêcher une pollution d’une zone de connexion, notamment par la brasure. En effet, une pollution d’une zone de connexion par la brasure a pour conséquence d’empêcher d’effectuer une connexion électrique entre ladite zone de connexion et une autre zone de connexion, par exemple par des fils de connexion (encore appelés « bonding » en anglais). De ce fait, les unités électroniques de puissance sont volumineuses.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant une unité électronique de puissance présentant un gain de place par rapport aux unités électroniques de puissance selon l’art antérieur, tout en garantissant la possibilité d’effectuer une connexion électrique, notamment par «bonding», entre une zone de connexion recevant un capteur de température et une zone de connexion connectée électriquement à l’unité électronique de contrôle.
A cet effet, l’invention a pour objet une unité électronique, notamment destinée à être intégrée dans un convertisseur de tension, comprenant :
au moins un premier composant électronique,
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-3 un substrat comprenant :
• une première zone de réception du au moins un premier composant électronique, le premier composant électronique étant brasé sur la première zone de réception, • une deuxième zone de réception d’au moins un deuxième composant, les première et deuxième zones de réception étant adjacentes, • une rainure s’étendant entre les première et deuxième zones de réception.
Avantageusement, une rainure entre les première et deuxième zones de réception du substrat de l’unité électronique permet d’empêcher la brasure du premier composant électronique de polluer la zone de réception du deuxième composant, et par conséquent de garantir la possibilité d’effectuer une connexion électrique au niveau de la deuxième zone de réception, notamment par « bonding ». En effet, une pollution de la deuxième zone de réception par la brasure de la première zone de réception aurait pour conséquence d’empêcher d’effectuer une connexion électrique au niveau de la deuxième zone de réception.
L’unité électronique selon l’invention peut également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons possibles :
la rainure s’étend longitudinalement selon une première direction de façon sensiblement rectiligne entre les première et deuxième zones de réception ; et/ou la rainure comprend une première portion s’étendant longitudinalement selon la première direction et une deuxième portion s’étendant longitudinalement selon une deuxième direction, la deuxième direction étant transverse, notamment perpendiculaire, à la première direction ; et/ou la rainure forme une courbe entre les première et deuxième zones de réception ; et/ou le substrat ayant une forme sensiblement plane, dans laquelle selon une section sensiblement perpendiculaire au plan du substrat, la rainure a une forme
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-4 polygonale, notamment rectangulaire, ou courbe, notamment semi-circulaire ; et/ou la longueur de la rainure est comprise entre 1,2 mm et 4 mm ; et/ou la profondeur de la rainure est comprise entre 0,1 mm et 0,5 mm, de préférence égale à 0,3 mm ; et/ou la largeur de la rainure est comprise entre 0,1 mm et 0,5 mm, de préférence égale à 0,3 mm ; et/ou l’unité électronique est une unité électronique de puissance, notamment un module électronique de puissance comprenant une pluralité de puces électroniques semi-conductrices montées sur ledit substrat ; et/ou la rainure est configurée pour recevoir une partie de la brasure du premier composant électronique sur la première zone de réception ; et/ou les première et deuxième zones de réception sont comprises dans une portion du substrat, ladite portion étant d’un seul tenant et dans laquelle la rainure est formée dans la dite portion d’un seul tenant ; et/ou le premier composant électronique est un capteur de température brasé sur la première zone de réception ; et/ou le deuxième composant est un fil électrique dont une extrémité est soudée par vibration sur la deuxième zone de réception ; et/ou le deuxième composant est un fil électrique dont une extrémité est soudée par vibration sur la deuxième zone de réception et une autre extrémité du fil électrique est connectée à une première borne de connexion électrique de l’unité électronique, la première borne de connexion électrique étant configurée pour connecter électriquement le substrat avec l’extérieur de l’unité électronique ; et/ou un fil électrique connecte le premier composant électronique à une deuxième borne de connexion électrique, la deuxième borne de connexion électrique étant configurée pour connecter le premier composant électronique avec l’extérieur de l’unité électronique.
L’invention se rapporte également à un convertisseur de tension comprenant une unité électronique selon l’invention.
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-5 Avantageusement, les première et deuxième zones de réception de l’unité électronique étant adjacentes, l’unité électronique présente un design compact, ce qui permet un gain de place au sein du convertisseur de tension selon l’invention.
L’invention concerne également un équipement électrique comprenant une machine électrique, et un convertisseur de tension selon l’invention destiné à contrôler une énergie électrique échangée entre la machine électrique et une source d’alimentation électrique, et dans lequel le convertisseur de tension est monté sur la machine électrique.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de modes de réalisation donnés à titre d’exemples non limitatifs et illustrés, accompagnée des figures suivantes :
la figure 1 représente une unité électronique selon un mode de réalisation de 15 l’invention, la figure 2 est une vue agrandie de l’unité électronique de la figure 1, la figure 3 est une vue en coupe d’une unité électronique selon un mode de réalisation de l’invention, et les figures 4, 5 et 6 sont des vues de dessus d’unités électroniques selon des 20 modes de réalisation de l’invention.
Il est à noter que ces dessins n’ont d’autre but que d’illustrer le texte de la description et ne constituent en aucune sorte une limitation de la portée de l’invention.
Sur les différentes figures, les éléments analogues sont désignés par des références identiques.
L’invention concerne un équipement électrique, notamment pour véhicule automobile, comprenant une machine électrique et un convertisseur de tension.
En particulier, le convertisseur de tension peut être monté sur la machine électrique.
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-6Le convertisseur de tension est destiné à contrôler une énergie électrique échangée entre la machine électrique et une source d’alimentation électrique.
Le convertisseur de tension peut être embarqué dans un véhicule automobile. Le convertisseur de tension peut être par exemple un onduleur de tension.
La source d’alimentation électrique peut être un réseau électrique extérieur, notamment un réseau électrique d’un véhicule automobile. Un réseau électrique est par exemple un réseau électrique alimenté par une tension électrique de +48V. De préférence, le réseau électrique est un réseau d’énergie électrique continue. Le réseau électrique peut comprendre une batterie alimentant ledit réseau électrique.
Le convertisseur de tension comprend une unité électronique. L’unité électronique est par exemple une unité électronique de puissance, notamment un module électronique de puissance.
Une unité électronique 10 selon un mode de réalisation de l’invention est par exemple représentée sur la figure 1.
L’unité électronique 10 comprend un substrat 12, notamment un substrat plan.
L’unité électronique 10, et plus précisément le substrat 12, peut comprendre une ou une pluralité de traces de puissance.
Une trace de puissance est une trace conductrice électriquement, notamment métallique, par exemple en cuivre. Une trace de puissance peut être une lame métallique ou un barreau métallique. Une trace de puissance est destinée à transmettre un courant électrique entre la source d’alimentation électrique et la machine électrique.
Par exemple, l’unité électronique de puissance 10 peut comprendre une première trace de puissance 14, une deuxième trace de puissance 16 et une troisième trace de puissance 18.
La première trace de puissance 14 peut être reliée électriquement à un premier pôle du réseau électrique, par exemple, à un pôle de polarité positive +48V. La deuxième trace de puissance 16 peut être reliée électriquement à un deuxième pôle du réseau électrique, par exemple, à un pôle de polarité négative -48 V ou à la masse d’une
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-7source d’énergie électrique. La troisième trace de puissance 18 peut être reliée électriquement à une phase (φ) de la machine électrique.
Les première, deuxième et troisième traces de puissance 14, 16, 18 sont distinctes l’une de l’autre et peuvent être en partie surmoulées de matériau isolant électriquement, par exemple de matériau plastique.
L’unité électronique 10 comprend au moins un premier composant électronique 20.
Le premier composant électronique 20 peut être par exemple un capteur de température configuré pour mesurer la température de l’unité électronique.
En particulier, le capteur de température peut avoir un premier potentiel électrique au niveau de la brasure sur la première zone de réception et un deuxième potentiel électrique au niveau d’une surface destinée à être connectée électriquement à un élément électrique extérieur, notamment par « bonding ».
L’unité électronique 10 peut comprendre une ou une pluralité de puces électroniques semi-conductrices, notamment des puces nues, montées sur le substrat 12.
Le substrat 12 comprend une première zone de réception 22 et une deuxième zone de réception 24, notamment visible sur la figure 2 représentant une vue agrandie d’une partie de l’unité électronique de la figure 1.
En particulier, les première et deuxième zones de réception 22, 24 sont adjacentes. Autrement dit, les première et deuxième zones de réception 22, 24 sont disposées l’une à côte de l’autre.
Les première et deuxième zones de réception 22, 24 peuvent être continues, comme représenté sur la figure 2. Plus précisément, la première zone de réception 22 peut s’étendre dans la continuité de la deuxième zone de réception 24.
Les première et deuxième zones de réception 22, 24 peuvent être comprises dans une portion du substrat formée d’un seul tenant. Par exemple, sur la figure 3, les première et deuxième zones de réception 22, 24 sont comprises dans une portion du substrat formée d’un seul tenant.
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- 8 La première zone de réception peut être agencée autour de la deuxième zone de réception. Autrement dit, la première zone de réception peut entourer la deuxième zone de réception. Bien entendu, la deuxième zone de réception peut être agencée autour de la première zone de réception
La première zone de réception 22 est destinée à recevoir le premier composant électronique 20. En particulier, le premier composant électronique 20 est brasé sur la première zone de réception 22.
La deuxième zone de réception 24 est destinée à recevoir un deuxième composant 26.
Le deuxième composant 26 est par exemple un fil électrique. Comme représenté sur la figure 3, une extrémité du deuxième composant 26 peut être brasée sur la deuxième zone de réception 24, et une autre extrémité du deuxième composant 26 peut être connectée à une première borne de connexion électrique 40 de l’unité électronique. La première borne de connexion électrique 40 de l’unité électronique peut être configurée pour connecter électriquement le substrat 12 avec l’extérieur de l’unité électronique.
Le premier composant électronique 20 peut être connecté électriquement à une deuxième borne de connexion électrique 42 de l’unité électronique. Par exemple, comme sur la figure 3, un fil électrique 44 peut connecter électriquement le premier composant électronique 20 à la deuxième borne de connexion électrique 42 de l’unité électronique. La deuxième borne de connexion électrique 42 de l’unité électronique peut être configurée pour connecter électriquement le premier composant électronique 20 avec l’extérieur de l’unité électronique, et notamment avec une unité électronique notamment configurée pour convertir une tension électrique en donnée de température.
Le substrat 12 comprend une rainure 30 s’étendant entre les première et deuxième zones de réception 22, 24.
La rainure 30 peut être formée dans la portion d’un seul tenant du substrat 12 dans laquelle sont comprises les première et deuxième zones de réception 22, 24.
De préférence, la rainure 30 peut être configurée pour recevoir une partie de la brasure du premier composant électronique 20 sur la première zone de réception 22.
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-9Avantageusement, la rainure entre les première et deuxième zones de réception permet d’empêcher la brasure du premier composant électronique de pénétrer sur la deuxième zone de réception, et ainsi de garantir la possibilité d’effectuer une connexion électrique au niveau de la deuxième zone de réception, notamment par « bonding ».
La rainure 30 peut s’étendre sur une partie ou sur toute la longueur de jonction des première et deuxième zones de réception 22, 24. Plus précisément, les première et deuxième zones de réception peuvent être identiques 22, 24, c’est-à-dire avoir la même forme et la même surface, comme représenté sur la figure 4. Comme les première et deuxième zones de réception 22, 24 sont adjacentes, la rainure 30 peut s’étendre entièrement ou partiellement au niveau de la jonction des première et deuxième zones de réception 22, 24. Par exemple, la rainure 30 peut séparer la première zone de réception 22 de la deuxième zone de réception 24.
La rainure 30 peut s’étendre longitudinalement selon une première direction de façon sensiblement rectiligne entre les première et deuxième zones de réception 22, 24, comme représenté sur la figure 4. En particulier, la première direction, notée (x) sur la figure 4, est comprise dans le plan du substrat 12.
Comme illustré sur la figure 5, la rainure 30 peut comprendre une première portion 32 s’étendant longitudinalement selon une première direction et une deuxième portion 34 s’étendant longitudinalement selon une deuxième direction. En particulier, la deuxième direction, notée (yl) sur la figure 5, peut être transverse, notamment perpendiculaire, à la première direction, notée (xl). Plus précisément, la rainure 30 peut former un coude entre les première et deuxième zones de réception 22, 24. En particulier, les première et deuxième directions sont comprises dans le plan du substrat 12.
La rainure 30 peut former une courbe autour de la première zone de réception 22. Par exemple, comme représenté sur la figure 6, la rainure 30 forme un cercle autour de la première zone de réception 22. Sur la figure 6, la deuxième zone de réception 24 entoure la première zone de réception 22.
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- ίο Selon une coupe sensiblement perpendiculaire au plan du substrat 12, la rainure 30 peut avoir une forme polygonale, par exemple rectangulaire, ou courbe, par exemple semi-circulaire. Sur la figure 3, la forme de la rainure 30 avant brasure du premier composant 30 sur le substrat 12 est représentée en pointillés, la rainure 30 ayant une forme semi-circulaire.
La longueur de la rainure, notée lr sur la figure 4, peut être comprise entre 1,2 mm et 4 mm.
Lorsque la rainure est rectiligne, la longueur de la rainure correspond à la dimension de la rainure selon la première direction, par exemple selon la direction de l’axe (x) sur la figure 4.
Lorsque la rainure forme un coude, la longueur de la rainure correspond à la somme des dimensions de la rainure selon les première et deuxième directions. Par exemple, sur la figure 5, la longueur de la rainure correspond à la somme des dimensions de la rainure selon les axes (xl) et (yl).
Lorsque la rainure est courbe ou forme un cercle, la longueur de la rainure correspond à la longueur de la courbe ou du cercle.
La longueur de la rainure est de préférence supérieure ou égale à la longueur du premier composant électronique, notée le sur la figure 4.
Avantageusement, la longueur de la rainure supérieure à la longueur du premier 20 composant électronique permet de garantir que la rainure empêche la brasure du premier composant électronique de polluer la deuxième zone de réception.
La profondeur de la rainure, notée pr sur la figure 3, peut être comprise entre 0,1 mm et 0,5 mm. De préférence, la profondeur de la rainure peut être égale à 0,3 mm.
La profondeur de la rainure correspond à la dimension de la rainure selon une 25 troisième direction, par exemple selon la direction de l’axe noté (z) sur la figure 3. En particulier, les première, deuxième et troisième directions peuvent être orthogonales.
La profondeur de la rainure peut varier le long de la rainure. De préférence, la profondeur de la rainure peut être constante sur toute la longueur de la rainure.
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- il La largeur de la rainure, notée Lr sur la figure 4, peut être comprise entre 0,1 mm et 0,5 mm. De préférence, la largeur de la rainure peut être égale à 0,3 mm.
Lorsque la rainure est rectiligne, la largeur de la rainure correspond à la dimension de la rainure selon une direction perpendiculaire à la première direction, par exemple selon la direction de l’axe (y) sur la figure 4. En particulier, les axes (x) et (y) peuvent être orthogonaux.
Lorsque la rainure forme un coude, la largeur de la rainure peut correspondre à la dimension de la première portion de la rainure selon une direction perpendiculaire à la première direction, ou peut correspondre à la dimension de la deuxième portion de la rainure selon une direction perpendiculaire à la deuxième direction. Par exemple, sur la figure 5, la largeur de la rainure correspond à la dimension de la première portion 32 de la rainure selon l’axe (yl) et à la dimension de la deuxième portion 34 de la rainure selon l’axe (xl).
Lorsque la rainure est courbe ou forme un cercle, la largeur de la rainure correspond à la dimension radiale de la courbe ou du cercle.
La largeur de la rainure peut varier le long de la rainure. De préférence, la largeur de la rainure peut être constante sur toute la longueur de la rainure.
En outre, l’unité électronique peut comprendre une pluralité de rainures s’étendant entre les première et deuxième zones de réception.
Par exemple, l’unité électronique peut comprendre deux rainures consécutives s’étendant entre les première et deuxième zones de réception. Les rainures peuvent s’étendre consécutivement selon la première direction ou selon la deuxième direction.
Les rainures de la pluralité de rainures peuvent être de formes identiques ou 25 différentes. De plus, les rainures de la pluralité de rainures peuvent présenter des longueurs, largeurs et profondeurs identiques ou différentes.
L’unité électronique selon l’invention a été décrite dans le cadre d’un convertisseur de tension embarqué dans un véhicule automobile. Bien entendu,
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- 12 l’invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés, qui n’ont été donnés qu’à titre d’exemples. Au contraire, d’autres applications de l’unité électronique conforme à l’invention sont également possibles dans sortir du cadre de l’invention.
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Claims (12)

  1. REVENDICATIONS
    1. Unité électronique (10), notamment destinée à être intégrée dans un convertisseur de tension, comprenant :
    au moins un premier composant électronique (20), un substrat (12) comprenant :
    • une première zone de réception (22) du au moins un premier composant électronique (20), le premier composant électronique (20) étant brasé sur la première zone de réception (22), • une deuxième zone de réception (24) d’au moins un deuxième composant (26), les première et deuxième zones de réception (22, 24) étant adjacentes, • une rainure (30) s’étendant entre les première et deuxième zones de réception (22, 24).
  2. 2. Unité électronique selon la revendication 1, dans laquelle la rainure (30) s’étend longitudinalement selon une première direction de façon sensiblement rectiligne entre les première et deuxième zones de réception (22, 24).
  3. 3. Unité électronique selon la revendication 2, dans laquelle la rainure (30) comprend une première portion (32) s’étendant longitudinalement selon la première direction et une deuxième portion (34) s’étendant longitudinalement selon une deuxième direction, la deuxième direction étant transverse, notamment perpendiculaire, à la première direction.
  4. 4. Unité électronique selon la revendication 1, dans laquelle la rainure (30) forme une courbe entre les première et deuxième zones de réception (22, 24).
    CFR0974 - PEL15044
    - 14 5. Unité électronique selon l’une des revendications précédentes, le substrat (12) ayant une forme sensiblement plane, dans laquelle selon une section sensiblement perpendiculaire au plan du substrat, la rainure (30) a une forme polygonale, notamment
  5. 5 rectangulaire, ou courbe, notamment semi-circulaire.
  6. 6. Unité électronique selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la longueur de la rainure (30) est comprise entre 1,2 mm et 4 mm.
    10
  7. 7. Unité électronique selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la profondeur de la rainure (30) est comprise entre 0,1 mm et 0,5 mm, de préférence égale à 0,3 mm.
  8. 8. Unité électronique selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la
    15 largeur de la rainure (30) est comprise entre 0,1 mm et 0,5 mm, de préférence égale à
    0,3 mm.
  9. 9. Unité électronique selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le premier composant électronique (20) est un capteur de température.
  10. 10. Unité électronique selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’unité électronique (10) est une unité électronique de puissance, notamment un module électronique de puissance comprenant une pluralité de puces électroniques semiconductrices montées sur ledit substrat (12).
  11. 11. Convertisseur de tension comprenant une unité électronique selon l’une des revendications précédentes.
    CFR0974 - PEL15044
    - 15
  12. 12. Equipement électrique comprenant une machine électrique, et un convertisseur de tension selon la revendication 11 destiné à contrôler une énergie électrique échangée entre la machine électrique et une source d’alimentation électrique, et dans lequel le convertisseur de tension est monté sur la machine électrique.
    CFR0974 - PEL15044
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2916630A1 (fr) * 2012-11-01 2015-09-09 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Substrat, et procédé de fabrication de substrat

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