FR3060243A1 - Module de commutation de puissance, convertisseur integrant celui-ci et procede de fabrication - Google Patents

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Abstract

Le module de commutation de puissance comporte des premier et deuxième sous-ensembles comprenant respectivement des premier et deuxième interrupteurs électroniques de puissance (PHS, PLS) formant une branche de pont. Conformément à l'invention, les premier et deuxième sous-ensembles sont superposés l'un sur l'autre pour former un empilement, comportent au moins une plaquette centrale métallique (LW7) au niveau de leur jonction et respectivement des première et deuxième plaquettes d'extrémité métalliques (LW2, LW12) formant des extrémités haute et basse de l'empilement, les première et deuxième plaquettes d'extrémité métalliques étant disposées parallèlement et symétriquement par rapport à la plaquette centrale métallique et étant aptes à être portées à des première et deuxième tensions d'alimentation de la branche de pont, et la plaquette centrale métallique étant apte à délivrer une tension hachée produite dans le module.

Description

Titulaire(s) : INSTITUT VEDECOM, ELVIA PCB Société par actions simplifiée.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.
MODULE DE COMMUTATION DE PUISSANCE, CONVERTISSEUR INTEGRANT CELUI-CI ET PROCEDE DE FABRICATION.
FR 3 060 243 - A1 kt”/ Le module de commutation de puissance comporte des premier et deuxième sous-ensembles comprenant respectivement des premier et deuxième interrupteurs électroniques de puissance (PHS, PlS) formant une branche de pont. Conformément à l'invention, les premier et deuxième sous-ensembles sont superposés l'un sur l'autre pour former un empilement, comportent au moins une plaquette centrale métallique (LW7) au niveau de leur jonction et respectivement des première et deuxième plaquettes d'extrémité métalliques (LW2, LW12) formant des extrémités haute et basse de l'empilement, les première et deuxième plaquettes d'extrémité métalliques étant disposées parallèlement et symétriquement par rapport à la plaquette centrale métallique et étant aptes à être portées à des première et deuxième tensions d'alimentation de la branche de pont, et la plaquette centrale métallique étant apte à délivrer une tension hachée produite dans le module.
D 2
EM1
MODULE DE COMMUTATION DE PUISSANCE, CONVERTISSEUR INTÉGRANT CELUI-CI ET PROCÉDÉ DE FABRICATION [001] L’invention concerne de manière générale le domaine de l’électronique de puissance. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à des modules de commutation de puissance et des convertisseurs de puissance intégrant de tels modules. L’invention se rapporte aussi à un procédé de fabrication de module de commutation de puissance.
[002] La transition énergétique souhaitée vers des sources d'énergie renouvelable et moins productrices d’émissions de CO2 placent l’électronique de puissance et la conversion d’énergie au cœur des défis technologiques actuels. Les besoins en conversion d’énergie sont présents dans la quasi-totalité des domaines d’activité tels que les transports, les industries, l’éclairage, le chauffage, etc.
[003] Dans le domaine des transports, l’industrie automobile, soumise à des normes d’émission de rejets polluants très contraignantes, opère une véritable mutation technologique avec l’électrification des véhicules. L’électrification des véhicules confrontée aux fortes contraintes de poids, d’encombrement et de coût qui prédominent dans cette industrie de production de masse impose des avancées technologiques dans les convertisseurs. Par ailleurs, le besoin d’une autonomie kilométrique suffisante pour les véhicules électriques, ou pour les véhicules hybrides en mode électrique, pousse fortement vers une augmentation des tensions de fonctionnement dans le but de réduire les pertes par effet Joule qui sont liées au courant, ou vers des technologies de fabrication qui permettent d’augmenter les courants à basse tension en parallélisant les composants. Les technologies nécessaires doivent permettre d’augmenter la compacité des convertisseurs par une augmentation de la fréquence de découpage et une réduction des inductances parasitiques.
[004] Des compromis doivent être trouvés dans les convertisseurs entre notamment la tenue en tension, la fréquence de découpage, la densité de puissance maximale admissible, la température, la fiabilité et l’intégration des nouveaux matériaux disponibles.
[005] Des tensions plus élevées s’opposent à la compacité des convertisseurs car les risques de claquage plus importants imposent souvent un accroissement des distances entre les composants ayant des polarités différentes. Des fréquences de commutation plus élevées sont favorables à la compacité mais augmentent les pertes en commutation et la puissance dissipée par les composants et demandent une réduction sensible des éléments parasites inductifs et capacitifs. La densité de puissance maximale admissible par les composants limite l’amplitude des courants commutés afin de maintenir les températures de jonction en dessous de valeurs critiques. Des dispositifs de refroidissement 10 performants sont nécessaires pour maintenir l’équilibre thermique des convertisseurs et extraire l’énergie dissipée au plus près des composants. Ces dispositifs de refroidissement performants sont indispensables pour plus de compacité et de fiabilité.
[006] Les différentes contraintes s’appliquant aux convertisseurs ont orienté les concepteurs vers une architecture modulaire s’appuyant sur l’association de modules élémentaires de commutation de puissance.
[007] Deux exemples de modules élémentaires de commutation de puissance sont représentés aux Figs. 1a et 1b. Comme montré aux Figs. 1a et 1b, ces modules élémentaires sont formés d’une branche de pont, ou demi-pont, de commutation à transistors. La branche de pont comprend de manière classique un transistor haut et un transistor bas, dits respectivement «low side» et «high side» en anglais, et des diodes associées. La Fig.1a montre un schéma d’une première branche de pont BM formée de transistors MOSFET, MThs et MTls, et de diodes MDhs et MDls respectivement associées aux transistors. La Fig.1b montre un schéma d’une deuxième branche de pont Bl formée de transistors IGBT, ITHs et ITLs, et de leurs diodes IDHs et IDLs associées.
[008] Ces modules élémentaires de commutation de puissance peuvent être associés pour former des ponts complets de commutation ou associés en parallèle pour passer le courant voulu.
[009] II apparaît aujourd’hui souhaitable de proposer une solution nouvelle adaptée à une production de masse et autorisant un meilleur compromis entre les différentes contraintes s’appliquant aux convertisseurs électriques de puissance.
[0010] Selon un premier aspect, l’invention concerne un module de commutation de puissance ayant des premier et deuxième sous-ensembles comprenant respectivement des premier et deuxième interrupteurs électroniques de puissance formant une branche de pont. Conformément à l’invention, les premier et deuxième sous-ensembles sont superposés l’un sur l’autre pour former un empilement, comportent au moins une plaquette centrale métallique au niveau de leur jonction et respectivement des première et deuxième plaquettes d’extrémité métalliques formant des extrémités haute et basse de l’empilement, les première et deuxième plaquettes d’extrémité étant disposées parallèlement et symétriquement par rapport à la plaquette centrale métallique et étant aptes à être portées à des première et deuxième tensions d’alimentation de la branche de pont, et la plaquette centrale métallique étant apte à délivrer une tension hachée produite dans le module.
[0011] Selon des formes de réalisation particulières, les interrupteurs électroniques de puissance sont des transistors de type MOSFET ou IGBT.
[0012] Selon une caractéristique particulière du module selon l’invention, les premier et deuxième sous-ensembles sont formés chacun de différentes couches internes stratifiées formées avec des techniques de type dit IMS.
[0013] Selon une autre caractéristique particulière, le module comprend des première, deuxième et troisième tiges métalliques de borne se prolongeant dans l’empilement et débouchant par au moins une des extrémités haute et basse de l’empilement, ces première, deuxième et troisième tiges métalliques de borne étant en continuité électrique avec respectivement les première et deuxième plaquettes d’extrémité métalliques et la plaquette centrale métallique.
[0014] Selon encore une autre caractéristique particulière, au moins une des première, deuxième et troisième tiges métalliques de borne est reliée mécaniquement et électriquement à l’une correspondante des première et deuxième plaquettes d’extrémité métalliques et plaquette centrale métallique par un montage à force ou un montage à force avec application d’un gradient de température.
[0015] Selon encore une autre caractéristique particulière, le module comprend 5 également des première et deuxième plaquettes de blindage métalliques qui sont plaquées contre les première et deuxième plaquettes d’extrémité métalliques à travers des première et deuxième couches d’isolation électrique, respectivement, les première et deuxième plaquettes de blindage métalliques étant aptes à être placées à une tension intermédiaire entre les première et seconde tensions d’alimentation.
[0016] Selon encore une autre caractéristique particulière, le module comprend au moins une borne de connexion électrique ayant une partie métallique coaxiale formant blindage comprise dans la première et/ou deuxième plaquette(s) de blindage métallique(s), une dite tige métallique de borne associée à la borne débouchant dans la partie métallique coaxiale formant blindage de manière à former une borne coaxiale de connexion électrique.
[0017] Selon encore une autre caractéristique particulière, le module comprend des première, deuxième et troisième bornes coaxiales de connexion électrique formées dans les première et deuxième plaquettes de blindage métalliques et dans lesquelles débouchent respectivement les première, deuxième et troisième tiges métalliques.
[0018] Selon une autre forme de réalisation particulière adaptée à un refroidissement liquide direct des composants, le module comprend un espace central de circulation de liquide de refroidissement situé entre les premier et deuxième sous-ensembles.
[0019] Selon encore une autre forme de réalisation particulière adaptée à un refroidissement liquide, le module comprend également des espaces haut et bas de circulation de liquide de refroidissement situés respectivement à proximité des extrémités haute et basse.
[0020] Selon encore une autre caractéristique particulière, l’ensemble des plaquettes métalliques, tiges métalliques et parties métalliques de blindage du module sont en cuivre.
[0021] Selon un autre aspect, l’invention concerne également un procédé de 5 fabrication d’un module de commutation de puissance tel que décrit brièvement cidessus. Le procédé comporte une étape de fabrication en parallèle de plaquettes et films diélectriques à partir d’une pluralité de panneaux de travail, une étape d’empilage en couches des plaquettes et films diélectriques et une étape d’assemblage à la presse et application d’un gradient de température.
[0022] Selon encore un autre aspect, l’invention concerne également un convertisseur électrique de puissance comprenant au moins un module tel que décrit brièvement ci-dessus.
[0023] D’autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous de plusieurs formes de réalisation particulières de l’invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
les Fig. 1a et 1b montrent deux schémas de branches de pont à transistors, avec des transistors MOSFET et des transistors IGBT ;
la Fig.2 est une vue en coupe simplifiée montrant la typographie d’une brique élémentaire entrant dans la constitution d’un module selon l’invention ;
les Figs.3a et 3b sont des vues en coupe simplifiées montrant des typographies de première et deuxième formes de réalisation d’un module selon l’invention, pour un module à refroidissement par air et un module à refroidissement liquide ;
les Figs.4a et 4b sont des vues externes de modules selon les première et deuxième formes de réalisation des Figs.3a et 3b ;
la Fig.5 est une vue en éclaté montrant l’architecture stratifiée d’un module selon la Fig.4a ; et la Fig.6 est une vue de face montrant un panneau de travail utilisé dans la fabrication d’un module selon l’invention.
[0024] En référence aux Figs.2, 3a et 3b, il est décrit, à titre d’exemple, les principes généraux d’agencement et les typographies de deux formes de réalisation particulières d’un module élémentaire de commutation de puissance selon l’invention.
[0025] Dans la description ci-dessous, il est considéré que le module élémentaire est une branche de pont BM telle que montrée à la Fig. 1a, c’est-à-dire, comprenant deux transistors MOSFET, MTHs et MTLs- Cette description s’applique également à la branche de pont Bl de la Fig.1b en remplaçant les transistors MOSFET par des transistors IGBT.
[0026] A la Fig.2, il est montré la typographie d’une brique élémentaire BB comprenant un transistor MT de la branche de pont BM. L’implantation de la diode associée MD est également montrée à la Fig.2. On notera cependant que dans certaines configurations cette diode MD connectée entre le drain et la source du transistor sera intégrée dans la puce de celui-ci, de sorte que son implantation montrée à la Fig.2 s’avérera inutile.
[0027] Conformément à l’invention, deux briques élémentaires BB sont empilées pour former la branche de pont BM du module élémentaire. Cette construction est rendue possible par le fait que la branche de pont présente une symétrie de composants et de connectique entre sa partie haute dite «high side» et sa partie basse dite «low side». Par contre, cette construction avec empilement de deux briques élémentaires requiert les dispositions particulières prévues dans la présente invention et décrites plus bas, pour faciliter l’évacuation des calories dissipées et permettre au module d’atteindre un équilibre thermique.
[0028] Comme montré à la Fig.2, la brique élémentaire BB comporte une partie de composant CP prise en sandwich entre deux parties métalliques M1 et M2 qui sont typiquement en cuivre. Une telle construction facilite grandement l’évacuation des calories dissipées de la partie CP du fait des masses de cuivre de conductibilité thermique élevée présentes de part et d’autre de la partie de composant CP.
[0029] De manière générale, on notera qu’il est utilisé dans l’invention des techniques de fabrication d’électronique de puissance connues et bien maîtrisées issues essentiellement de la technologie dite IMS (de «Insulated Métal Substrate» en anglais). Ainsi, il pourra être fait appel pour la réalisation d’un module élémentaire selon l’invention à une combinaison de différentes techniques de fabrication comprenant la stratification, la photolithographie, l’électrodéposition de métal, la gravure humide et d’autres. Pour la soudure des composants, il pourra être fait appel à la soudure en phase liquide transitoire dite soudure TLP, le frittage de poudre de nanoparticules métalliques ou la soudure par diffusion.
[0030] Dans l’exemple de la Fig.2, lors de la réalisation par stratification de la partie de composant CP, le transistor MT et la diode MD sont soudés aux parties métalliques en cuivre M1 et M2 par exemple au moyen d’une préforme de soudure à l’argent SC représentée par des points épais.
[0031] Les faces inférieures des puces MT et MD interconnectées à la partie métallique M1 correspondent respectivement à une source de transistor et une anode de diode MD, dans cette forme de réalisation. La partie métallique M1 correspond ici au point d’interconnexion de source référencé S (Shs ou Sls) à la Fig.1a.
[0032] Les faces supérieures des puces MT et MD soudées à la partie métallique M2 correspondent respectivement à un drain de transistor et une cathode de diode MD, dans cette forme de réalisation. La partie métallique M2 correspond ici au point d’interconnexion de drain référencé D (Dhs ou Dls) à la Fig. 1a. La face supérieure de la puce MT comporte aussi une partie correspondant à la grille du transistor et qui est soudée à un ruban de cuivre CM. Ce ruban de cuivre CM correspond ici au point d’interconnexion de grille référencé G (Ghs ou Gls) à la Fig.1a.
[0033] Les parties représentées par des points fins à la Fig.2 correspondent à des portions diélectriques, isolantes électriquement, qui sont par exemple réalisées avec des films isolants préimprégnés d’une résine adhésive polymérisable de type époxy. La couche diélectrique isolante sur une partie métallique formant substrat ou base métallique, comme la partie M1 ou M2, pourra être déposée préalablement sur le plan de contact de la base en cuivre et gravée chimiquement ensuite pour obtenir le motif voulu.
[0034] Les rubans de cuivre inter-couche, tel que le ruban CM, sont typiquement obtenus par gravure humide d’une feuille de cuivre.
[0035] Dans cet exemple, l’opération d’assemblage finale est faite sous presse avec l’application d’un gradient de température et est effectuée sur l’ensemble formé par les deux briques BB empilées. Cet assemblage peut également être effectué par une liaison à phase liquide transitoire dite soudure TLP. Les soudures et la polymérisation des diélectriques à base de résine sont obtenues pendant cet assemblage.
[0036] Des première et deuxième formes de réalisation particulières EM1 et EM2 d’un module élémentaire de commutation de puissance selon l’invention sont montrées aux Figs.3a et 3b.
[0037] Le module élémentaire EM1 montré à la Fig.3a est une forme de réalisation à refroidissement par air. Le convertisseur formé par l’assemblage de plusieurs modules élémentaires EM1 pourra être équipé si nécessaire de moyens de dissipation thermique. Ces moyens de dissipation thermique comprendront un ou plusieurs radiateurs en contact thermique, électriquement isolé, avec les parties en cuivre M1, M2. L’architecture de l’invention autorise une extraction efficace des calories dissipées avec des radiateurs classiques, évitant ainsi dans un certain nombre d’applications de faire appel à des moyens plus coûteux tels que des dispositifs de refroidissement à changement de phase.
[0038] La connexion mécanique et électrique au niveau du plan de jonction IP entre les briques BBls et BBhs de la Fig.3a pourra être obtenue par une liaison par frittage lors de l’opération d’assemblage finale ou par d’autres techniques de soudure indiquées ci-dessus.
[0039] Comme montré à la Fig.3a, le module élémentaire EM1 est équipé ici d’un circuit de commande CTRL disposé en partie haute du module et isolé électriquement, par une couche diélectrique DLhs, de la partie en cuivre M1 de la brique BBhs- Une couche diélectrique DLls est disposé en partie basse du module et assure une isolation électrique de cette partie de la brique BBLs- Le circuit CTRL comporte plusieurs couches stratifiées réalisées selon les techniques décrites plus haut. Des composants actifs et passifs pourront si nécessaire être enfouis entre les couches internes du circuit CRTL, ou bien implantés en surface sur le circuit de manière classique par brasure ou colle conductrice.
[0040] Le module élémentaire EM2 montré à la Fig.3a est une forme de réalisation à refroidissement liquide qui est adaptée pour des applications de forte puissance.
[0041] Outre les briques BBLs et BBHs et des circuits de commande CTRLhs et CTRLls disposés sur les parties haute et basse du module, de manière similaire au circuit CTRL de la Fig.3a, le module élémentaire EM2 comprend également des espaces de circulation de liquide de refroidissement CCc, CChs et CCls- Un liquide diélectrique de refroidissement sous pression pourra par exemple être utilisée en tant que liquide de refroidissement caloporteur.
[0042] L’espace CCc est prévu en partie centrale du module EM2, en contact direct avec les parties en cuivre M1 et M2 des briques BBls et BBhs, respectivement, et pourra avoir un volume supérieur à celui des espaces CChs et CCls, compte-tenu d’un confinement thermique plus important de la partie centrale.
[0043] Les espaces CChs et CCls sont prévus respectivement sur les parties haute et basse du module EM2. L’espace CChs est en contact direct avec la partie en cuivre M1 de la brique BBhs et une partie en cuivre MH interposée entre l’espace CChs et la couche diélectrique DLhs qui assure une isolation électrique avec le circuit CTRLhs- L’espace CCls est en contact direct avec la partie en cuivre M2 de la brique BBLs et une partie en cuivre ML interposée entre l’espace CCls et la couche diélectrique DLLs qui assure une isolation électrique avec le circuit CTRLls3060243 [0044] Une troisième forme de réalisation, non représentée, d’un module élémentaire de puissance intermédiaire par rapport aux modules EM1 et EM2 comprendra un seul espace de circulation de liquide de refroidissement, tel que CCc, dans la partie centrale du module.
[0045] Les Figs.4a et 4b montrent des vues extérieures, en perspective, des modules élémentaires EM1 et EM2. Les parties noircies montrées dans ces figures correspondent à des parties résinées ayant des fonctions d’isolation électrique, d’assemblage mécanique, et d’étanchéité en particulier dans le cas du module EM2.
[0046] Les formes de réalisation des Figs.4a et 4b comportent une connectique coaxiale avec un blindage autorisant une réduction des inductances parasites. Comme cela apparaît dans ces figures, les modules EM1 et EM2 comprennent des plaquettes extérieures CVH, CVLqui sont en cuivre et supportent des bornes.
[0047] Des bornes 1 et 2 reçoivent respectivement des tensions positive +Vht et négative -Vht (et. la Fig.1a) qui sont appliquées au module élémentaire EM1, EM2. La borne 3 délivre une tension hachée Vs (et. la Fig. 1a) avec une fréquence correspondant à celle de signaux de commande de commutation qui sont appliqués sur les grilles Ghs et Gls (et. la Fig.1a) des transistors. Des broches de signal C1 et C2 montrées aux Figs.4a et 4c sont reliées aux grilles Ghs et Gls des transistors.
[0048] Les bornes coaxiales 1, 2 et 3 montrées sur la partie haute du module élémentaire EM1, EM2, sont également présentes sur la partie basse du module. Les parties coaxiales de blindage 1 b, 2b et 3b des bornes 1,2 et 3 sont en cuivre et forme un ensemble monobloc avec la plaquette extérieure de bornes en cuivre CVH, CVl.
[0049] On notera que les plaquettes CVH, CVL et les parties coaxiales de blindage 1b, 2b et 3b seront placées si nécessaire à un potentiel intermédiaire entre les tensions +Vht et -Vht de manière à prévenir des claquages électriques lorsque la différence de potentiel entre ces tensions est élevée, par exemple en haute tension. Typiquement, ce potentiel intermédiaire est sensiblement égal à 2Vht/2.
[0050] Comme montré à la Fig.4b, les espaces de circulation de liquide de refroidissement CCc, CChs et CCls débouchent sur les quatre flancs du module élémentaire EM2. Cette disposition permet une continuité des espaces CCc, CChs et CCls dans un ensemble de plusieurs modules élémentaires EM2 assemblés par leurs flancs.
[0051] La réalisation de convertisseurs à refroidissement liquide pour un nombre quelconque de phases est ainsi rendue possible par un tel assemblage de modules élémentaires selon l’invention. On notera que ce qui précède s’applique aux différentes formes de réalisation du module de l’invention et notamment au module EM1.
[0052] Des circuits de commande CTRL, comme montrés aux Figs.3a et 3b, seront disposés si nécessaire sur les plaquettes extérieures de bornes en cuivre CVH, CVl après le dépôt d’une couche électriquement isolante.
[0053] En référence aux Figs.5 et 6, il est maintenant décrit la fabrication des modules élémentaires selon l’invention et l’agencement des différentes couches internes.
[0054] La Fig.5 montre, en éclaté, les différents éléments et plaquettes empilées nécessaire à la fabrication d’un module élémentaire du type EM1 décrit plus haut.
[0055] Comme cela apparaît à la Fig.5, entre les plaquettes extérieures de bornes en cuivre CVh et CVl sont empilés plusieurs plaquettes et films isolants LW1 à LW13, et des puces de transistor PHs et Pls- Les plaquettes et films isolants ont tous la forme rectangulaire des modules EM1, EM2.
[0056] Les éléments LW1, LW3, LW5, LW6, LW8, LW10, LW11 et LW13 sont typiquement des films isolants minces comportant par exemple de la résine époxy, un dérivé de résine époxy ou si nécessaire seront réalisés en technologie Pl avec de la fibre de verre et une résine thermoplastique. Les films isolants ont tous trois découpes circulaires DC1, DC2 et DC3, de même diamètre, prévues pour le passage de tiges en cuivre des bornes de connexion 1,2 et 3, respectivement. On notera que les découpes circulaires DC1, DC2 et DC3 ne sont repérées que sur le film LW1 et ont la même disposition pour les autres films et plaquettes. Les films
LW3, LW5, LW6, LW8, LW10 et LW13 comportent également des découpes centrales pour le circuit de connexion des puces Phs et Pls, circuit de connexion décrit plus haut en référence à la Fig.2. On notera que dans cette forme de réalisation, les puces Phs, Pls, comprennent chacune les deux composants, à savoir, le transistor et sa diode associée. Dans d’autres formes de réalisation, les deux composants seront intégrés dans une même puce active.
[0057] Les éléments LW4 et LW9 sont des plaquettes de circuit imprimé comportant des motifs en cuivre 4G et 9G pour la connexion des puces Phs et Pls et notamment de leurs grilles, respectivement. Ces plaquettes LW4 et LW9, de même que les films isolants, comportent les trois découpes circulaires DC1, DC2 et DC3 pour le passage des tiges en cuivre des bornes de connexion 1,2 et 3.
[0058] Les éléments LW2 et LW12 sont des plaquettes de cuivre correspondant respectivement aux parties en cuivre M1 et M2 des briques BBHs et BBLs de la topologie montrée à la Fig.3a. La plaquette LW2 doit être en connexion électrique avec la tige de borne 1 et est destinée à être reliée à la tension +Vht. La plaquette LW12 doit être en connexion électrique avec la tige de borne 2 et est destinée à être reliée à la tension -Vht.
[0059] L’élément central LW7 est une plaquette de cuivre correspondant à la partie centrale en cuivre de la topologie montrée à la Fig.3a, partie centrale formée par la jonction IP des parties M2 et M1 des briques BBhs et BBls, respectivement. La plaquette LW4 est reliée à la borne de sortie 3 par laquelle est délivrée la tension hachée Vs. Comme cela apparaît à la Fig.5, la tige de borne 3 est solidaire de la plaquette LW4 et en conduction électrique avec celle-ci.
[0060] Les tiges de borne 1 et 2 traversent la plaquette centrale LW7, sans venir en contact avec celle-ci, par les découpes circulaires DC1 et DC2. Comme indiqué plus haut, les tiges de borne 1 et 2 doivent être en contact électrique, une fois le module élémentaire assemblé, avec les plaquettes LW2 et LW12, respectivement. Le contact électrique entre les tiges de borne 1 et 2 et leurs plaquettes associées LW2 et LW12 est obtenu par un montage à force.
[0061] L’assemblage final fait sous presse permet la réalisation du montage à force, qui pourra être facilité par l’application d’un gradient de température. Ce montage à force est obtenu grâce aux orifices dc1 et dc2, de diamètre inférieur à celui des tiges de borne 1 et 2, prévus dans les plaquettes associées LW2 et LW12, respectivement. On notera que le montage à force participe à la liaison mécanique de l’ensemble stratifié pris en sandwich entre les plaquettes en cuivre LW2 et LW12, et CVh et CV|_. On notera que la liaison mécanique du module est assurée aussi par les tiges de borne 1, 2 et 3 qui sont insérées et serrées dans des manchons isolants logés à l’intérieur des blindages coaxiaux 1b, 2b et 3b. Les films isolants imprégnés de résine complète, après polymérisation, la liaison mécanique du module. Comme montré à la Fig.5, les quatre coins des plaquettes LW2, LW7 et LW12 sont résinés pour favoriser l’accrochage et la tenue mécanique. Les manchons isolants ML et MH logés à l’intérieur des blindages coaxiaux 1b et 2b se prolongent au-delà des plans de surface internes des plaquettes extérieures CVl et CVh, respectivement, pour une indexation de positionnement des plaquettes et films des couches internes et l’isolation électrique.
[0062] Les puces Phs et Pls sont fixées en continuité électrique sur les plaquettes correspondantes au moyen de préformes de soudure PS qui sont disposées de part et d’autre des puces. Des cavités et découples sont aménagées dans les plaquettes pour contenir les puces et la soudure et former le circuit électrique.
[0063] Pour la réalisation d’une forme de réalisation avec des espaces de circulation de liquide de refroidissement, telle que le module EM2, il pourra s’avérer nécessaire de prévoir des plaquettes en cuivre supplémentaires pour la création de ces espaces. Des tiges de borne avec plusieurs diamètres pour obtenir des épaulements pourront aussi être utilisées. Ces épaulements auront pour fonction de garantir un écartement voulu entre des plaquettes en regard formant les parois des espaces. Ces épaulements pourront aussi assurer une fonction de poussée pour amener les différentes plaquettes à leurs places lors de l’assemblage final du module. En variante, on pourra également utiliser des éléments écarteurs, par exemple, soudés sur les plaquettes.
[0064] L’architecture des modules élémentaires selon l’invention a été conçue pour permettre une fabrication de faible coût.
[0065] Les plaquettes et films isolants des modules élémentaires pourront être fabriqués en parallèle, en utilisant plusieurs panneaux de travail WP tels que celui montré à la Fig.6. Le panneau WP montré à la Fig.6 est celui utilisé pour la fabrication des plaquettes LW2 ou LW12 et est montré à un stade intermédiaire du processus de fabrication. Lorsque le processus est terminé, une opération de découpage mécanique, thermique ou autres, est effectuée pour obtenir une pluralité de plaquettes.
[0066] La ligne de fabrication comprendra donc plusieurs unités de fabrication parallèle travaillant sur les différents panneaux qui pourront elles-mêmes alimenter plusieurs unités de fabrication en parallèle des modules. On notera que les typologies des modules selon la présente invention, formées à partir de briques élémentaires, se prête à une parallélisation plus poussée de la fabrication. Des effets de volume conséquents peuvent obtenus par l’augmentation du nombre des éléments constitutifs identiques et réduisent les coûts de fabrication.
[0067] L’invention ne se limite pas aux formes de réalisation particulières qui ont été décrites ici à titre d’exemple. L’homme du métier, selon les applications de l’invention, pourra apporter différentes modifications et variantes qui entrent dans la portée des revendications ci-annexées.

Claims (13)

  1. REVENDICATIONS
    1) Module de commutation de puissance ayant des premier et deuxième sousensembles (BBhs, BBls) comprenant respectivement des premier et deuxième
    5 interrupteurs électroniques de puissance (MTHs, MTLs ; ITHs, ITls) formant une branche de pont (BM, Bl), caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième sous-ensembles (BBhs, BBls) sont superposés l’un sur l’autre pour former un empilement, comportent au moins une plaquette centrale métallique (LW7) au niveau de leur jonction (IP) et respectivement des première et deuxième
    10 plaquettes d’extrémité métalliques (LW2, LW12) formant des extrémités haute et basse dudit empilement, les première et deuxième plaquettes d’extrémité métalliques (LW2, LW12) étant disposées parallèlement et symétriquement par rapport à ladite plaquette centrale métallique (LW7) et étant aptes à être portées à des première et deuxième tensions d’alimentation (+Vht, -Vht) de
    15 ladite branche de pont (BM, Bl), et ladite plaquette centrale métallique (LW7) étant apte à délivrer une tension hachée (Vs) produite dans ledit module.
  2. 2) Module selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits interrupteurs électroniques de puissance sont des transistors de type MOSFET ou IGBT.
  3. 3) Module selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits premier
    20 et deuxième sous-ensembles (BBhs, BBls) sont formés chacun de différentes couches internes stratifiées formées avec des techniques de type dit IMS.
  4. 4) Module selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’il comprend des première, deuxième et troisième tiges métalliques de borne (1,2, 3) se prolongeant dans ledit empilement et débouchant par au moins une
    25 des extrémités haute et basse dudit empilement, lesdites première, deuxième et troisième tiges métalliques de borne (1, 2, 3) étant en continuité électrique avec respectivement lesdites première et deuxième plaquettes d’extrémité métalliques (LW2, LW12) et plaquette centrale métallique (LW7).
  5. 5) Module selon la revendication 4, caractérisé en ce que l’une au moins desdites première, deuxième et troisième tiges métalliques de borne (1, 2, 3) est reliée mécaniquement et électriquement à l’une correspondante desdites première et deuxième plaquettes d’extrémité métalliques (LW2, LW12) et plaquette centrale métallique (LW7) par un montage à force ou un montage à force avec application d’un gradient de température.
  6. 6) Module selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comprend également des première et deuxième plaquettes de blindage métalliques (CVH, CHL) qui sont plaquées contre lesdites première et deuxième plaquettes d’extrémité métalliques (LW2, LW12) à travers respectivement des première et deuxième couches d’isolation électrique (LW1, LW13), lesdites première et deuxième plaquettes de blindage métalliques (CVh, CHl) étant aptes à être placées à une tension intermédiaire entre lesdites première et seconde tensions d’alimentation (+Vht, -Vht).
  7. 7) Module selon la revendication 6 et la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une borne de connexion électrique ayant une partie métallique coaxiale formant blindage (1b, 2b, 3b) comprise dans ladite première et/ou deuxième plaquette(s) de blindage métallique(s) (CVH, CHL), une dite tige métallique de borne (1, 2, 3) associée à ladite borne débouchant dans ladite partie métallique coaxiale formant blindage (1b, 2b, 3b) de manière à former une borne coaxiale de connexion électrique (1, 1b ; 2, 2b ; 3, 3b, ML ; MH).
  8. 8) Module selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’il comprend des première, deuxième et troisième bornes coaxiales de connexion électrique (1, 1b; 2, 2b; 3, 3b, Ml; Mh) formées dans lesdites première et deuxième plaquettes de blindage métalliques (CVH, CHL) et dans lesquelles débouchent respectivement lesdites première, deuxième et troisième tiges métalliques (1,2, 3).
  9. 9) Module selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu’il comprend un espace central de circulation de liquide de refroidissement (CCc) situé entre lesdits premier et deuxième sous-ensembles (BBHs, BBLs).
  10. 10) Module selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu’il comprend des espaces haut et bas de circulation de liquide de refroidissement (CChs, CCls) situés respectivement à proximité desdites extrémités haute et basse.
    5
  11. 11) Module selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l’ensemble desdites plaquettes métalliques, tiges métalliques et parties métalliques de blindage sont en cuivre.
  12. 12) Procédé de fabrication d’un module de commutation de puissance selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu’il comporte
    10 une étape de fabrication en parallèle de plaquettes et films diélectriques à partir d’une pluralité de panneaux de travail (WP), une étape d’empilage en couches desdits plaquettes et films diélectriques et une étape d’assemblage à la presse et application d’un gradient de température.
  13. 13) Convertisseur électrique de puissance, caractérisé en ce qu’il comprend au
    15 moins un module (EM1, EM2) selon l’une quelconque des revendications 1 à
    11.
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