FR3070093B1 - Dispositif de distribution electrique dote de condensateurs enterres. - Google Patents

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Abstract

Un dispositif de distribution électrique (1) comprenant un empilement d'au moins deux plaques (2, 3) électriquement conductrices et au moins un condensateur électriquement raccordé entre deux plaques adjacentes (2 et 3), deux plaques adjacentes (2 et 3) dudit dispositif (1) étant séparées par un espace (4) au moins partiellement comblé par un matériau isolant (7). Au moins un condensateur est un condensateur semi-conducteur (5) disposé et électriquement raccordé entre une première et une seconde plaques adjacentes en regard (2 et 3).

Description

Arrière-plan de l'invention L'invention se rapporte à un dispositif de distribution électrique doté de condensateurs enterrés, et plus particulièrement à une barre omnibus, ou bus barre (bus bar en anglais), intégrant des condensateurs enterrés dans le système. L'invention trouve une application particulière dans le domaine de l'aéronautique notamment pour connecter les convertisseurs de puissance à une source de tension afin de convertir l'énergie électrique d'un réseau principal alternatif (AC) ou continu (DC), qui peut être de l'ordre de 115 V AC, 230 V AC, 540 V AC, etc., sous plusieurs formes, notamment via une conversion AC/DC, DC/AC, AC/AC ou DC/DC.
La figure 1 présente un exemple connu dans l'état de l'art d'un dispositif de distribution électrique formé d'une barre omnibus couplant une source d'alimentation Vin à un onduleur H possédant six éléments de commutation Si à S6 via au moins un condensateur de découplage Cdc, l'onduleur étant raccordé en sortie à un moteur M. Les barres omnibus généralement utilisées permettent d'assurer la connexion électrique entre les condensateurs et les connectiques d'entrée du module de puissance Ei et E2. Chaque élément de commutation Si à Se est formé d'un transistor avec ou sans une diode de roue libre en parallèle, le transistor pouvant être, par exemple, un transistor bipolaire à grille isolée (ou IGBT en anglais pour insulated gâte bipolar transistor), un transistor à effet de champ à hétérostructure (ou HEMT en anglais pour high électron mobility transistor), ou un transistor à effet de champ à grille métal oxyde (ou MOSFET en anglais pour Métal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Les éléments de commutation Si à S6 sont commandés en ON/OFF, c'est-à-dire en tout ou rien, par des signaux délivrés par des circuits de commande et de contrôle non représentés sur la figure 1.
Les inductances parasites qui apparaissent dans de tels circuits électriques sont liées en partie à des contraintes physiques comme la taille des condensateurs, leurs connectiques, et l'interconnexion entre les condensateurs de découplage Ddc et les éléments de commutation Si à Sô. Ces inductances impliquent l'apparition de surtension et peuvent amener à la destruction des semi-conducteurs formant les éléments de commutation Si à Se si la marge de tenue en tension n'est pas suffisante. Des valeurs d'inductance de l'ordre de quelque μΗ par les inductances parasites impartent fortement la performance des composants électroniques connectées à la barre omnibus notamment pour les fonctions nécessitant une forte variation du courant en fonction du temps, di/dt, lors de leur commande en ON/OFF.
Afin de réduire les inductances parasites de type inductance linéaire de connectiques, les condensateurs de découplage, telles que le condensateur de découplage Cdc de la figure 1, sont généralement positionnés le plus proche des éléments de commutation, tels que les éléments de commutation Si à Se de la figure 1. L'inductance linéaire, faisant la connexion électrique entre le condensateur de découplage Cdc et les connectiques d'entrée du module de puissance Ei et E2, peut aussi être réduite en utilisant une barre omnibus formée de deux plaques métalliques disposées en vis-à-vis avec un espacement minimal entre les deux plaques pour garantir l'isolation. Un isolant vient généralement remplir le vide entre les deux plaques.
La géométrie d'une barre omnibus permet la réduction de l'inductance parasite pour deux raisons : - la largeur des plaques métalliques impose un long chemin au flux magnétique pour contourner la plaque augmentant ainsi la résistance magnétique et réduisant l'inductance par rapport à un câble, - le courant de retour est ramené au plus proche du courant d'entrée créant ainsi des champs magnétiques opposés qui s'annulent.
Plusieurs dispositifs de distribution électrique connus permettent de minimiser les inductances parasites et d'augmenter le niveau d'intégration des condensateurs et des barres omnibus.
Un premier dispositif de distribution électrique connu comprend une barre omnibus avec des condensateurs céramiques brasés à la surface d'une face métallisée d'un substrat isolant métallisé jouant le rôle d'une plaque de la barre omnibus. La seconde électrode des condensateurs céramiques est brasée sur une plaque métallique. Cette dernière est connectée électriquement et mécaniquement à la face inférieure du substrat métallisé par un pont métallique.
Ce premier dispositif de distribution électrique permet d'obtenir un module haute tension de faible volume capable d'être intégré facilement aux modules électroniques de puissance et réduisant un peu les inductances parasites.
Cependant, dans ce premier dispositif de distribution électrique, l'utilisation de trois constituants induit une augmentation de l'inductance parasite et de la masse du système formé par la barre omnibus et les condensateurs.
Un deuxième dispositif de distribution électrique connu est formé à partir d'une injection d'une résine fluide entre deux plaques métalliques formant une barre omnibus, la résine fluide étant soit chargée par des particules de forte permittivité soit sans particule. Ensuite, la pièce est solidifiée par polymérisation de la résine. Dans ce deuxième dispositif, le condensateur est constitué de la résine solidifiée. Dans ce deuxième dispositif de distribution électrique connu, il est possible d'augmenter la valeur de capacité de ce condensateur en structurant les plaques afin d'augmenter les surfaces d'interaction entre le métal et la résine.
Cependant, dans le deuxième dispositif de distribution électrique, les polymères présentent une densité surfacique de capacité faible comparée au condensateur céramique, même en rajoutant des particules à forte permittivité. De plus, les polymères composites présentent généralement de fortes pertes diélectriques à haute température induisant ainsi une augmentation de la chaleur générée par les courants de fuite.
Un troisième dispositif de distribution électrique connu est formé par le dépôt de couches métalliques et de couches céramiques par fabrication additive afin de réaliser un condensateur couplé au moins à une plaque métallique.
Cependant, dans ce troisième dispositif, le dépôt et le frittage des couches céramiques et métalliques par fabrication additive restent des procédés compliqués et manquant de maturité.
Les trois dispositifs de distribution électrique connus cités ci-dessus permettent une forte intégration et une diminution des inductances parasites mais elles présentent cependant plusieurs limitations, comme déjà indiqué ci-dessus pour certaines.
En outre, dans le premier et le troisième dispositifs de distribution électrique, les condensateurs céramiques ayant de forte densité surfacique de capacité, tel que les céramiques de classe II, ne sont pas stables pour des températures au-delà de 125°C.
Par ailleurs, pour les trois dispositifs de distribution électriques connus mentionnés ci-dessus, les condensateurs céramiques sont fragiles et sensibles aux chocs thermiques. Des précautions sont à prendre lors de leur brasage pour éviter leur fissuration notamment pour les larges surfaces.
Objet et résumé de l'invention L'invention vise à fournir un dispositif de distribution électrique comprenant des plaques conductrices couplées à des condensateurs permettant de réduire la masse et le volume de l'ensemble, de réduire les inductances parasites engendrées par les fils de connections, et d'obtenir une stabilité élevée de la valeur de la capacité pour des températures supérieures à 150°C.
Dans un premier objet de l'invention, il est proposé un dispositif de distribution électrique comprenant un empilement d'au moins deux plaques électriquement conductrices et au moins un condensateur électriquement raccordé entre deux plaques adjacentes, deux plaques adjacentes dudit dispositif étant séparées par un espace au moins partiellement comblé par un matériau isolant.
Selon une caractéristique générale du premier objet de l'invention, au moins un condensateur est un condensateur semi-conducteur, de préférence en silicium, disposé et électriquement raccordé entre une première et une seconde plaques adjacentes en regard l'une de l'autre.
Le dispositif de distribution électrique selon le premier objet de l'invention forme une barre omnibus permettant d'atteindre de fortes densités surfaciques et volumiques de capacité sans perte de volume. L'inductance parasite entre la capacité et les plaques métalliques est réduite par rapport aux dispositifs connus grâce à la très courte distance d'interconnexion.
Les condensateurs semi-conducteurs sont de préférence en silicium, c'est-à-dire réalisés sur un substrat en silicium, mais peuvent également être réalisés dans un autre matériau semi-conducteur comme du germanium. L'utilisation de condensateurs semi-conducteurs notamment en silicium, permet, d'une part, d'avoir un dispositif de distribution électrique présentant une très faible variation de la capacité en fonction de la température du dispositif, et, d'autre part, d'avoir un dispositif de distribution n'utilisant que des technologies matures dont le procédé est maîtrisé et le rendement est connu et satisfaisant.
Les condensateurs en silicium ont généralement une densité surfacique entre 1.3 nF/mm2 et 250 nF/mm2 pour des tensions de claquage entre 450 V et 11 V respectivement. Ces condensateurs sont développés à partir des procédés utilisés pour la fabrication des semi-conducteurs notamment en maîtrisant la réalisation de profondes cavités dans des substrats en silicium. Une large gamme de finition de condensateurs en silicium est proposée par les fournisseurs, notamment le cuivre qui est compatible avec la technologie d'enterrement de puces dans les cartes PCB. L'épaisseur de ces condensateurs en silicium se situe généralement entre 100 pm et 300 pm. Ces condensateurs intégrés entre les deux plaques de bus barre permettent ainsi l'utilisation des métallisations des condensateurs pour le montage mécanique et la connexion électrique. Cela permet aussi d'obtenir un assemblage avec des faibles inductances et résistances équivalentes en série avec les condensateurs. L'intégration des condensateurs semi-conducteurs entre les deux plaques conductrices formant la barre omnibus permet, d'une part, d'augmenter la fiabilité sous vibration et sous choc thermique, et, d'autre part, de fournir une forme planaire au dispositif sans augmenter le volume du dispositif puisque dans les dispositifs connus l'espace occupé par les condensateurs semi-conducteurs est occupé par un isolant. La forme planaire permet ainsi une forte densité d'intégration notamment pour les applications dans lesquelles l'électronique de puissance est fortement intégrée à la machine électrique La géométrie du dispositif de distribution électrique permet en outre de réduire la masse et le volume du dispositif par rapport aux dispositifs connus.
En outre, le dispositif selon l'invention peut permettre d'éliminer toute brasure entre la capacité semi-conductrice et les plaques conductrices ce qui permet d'augmenter d'autant plus la fiabilité du dispositif sous vibrations et choc thermiques. Plusieurs modes de réalisation sont possibles pour réaliser les connexions électriques sans brasure entre ledit au moins un condensateur semi-conducteur et les plaques adjacentes entre lesquelles elle est disposée et raccordée.
Selon un premier aspect du dispositif de distribution électrique, ledit au moins un condensateur semi-conducteur comprend une première face et une seconde face, la seconde face étant électriquement couplée à ladite seconde plaque à l'aide d'un matériau électriquement conducteur comblant des orifices réalisés dans une couche dudit matériau isolant séparant le condensateur de ladite seconde plaque.
Dans un premier mode de réalisation du dispositif de distribution électrique, la première face dudit au moins un condensateur semi-conducteur est mécaniquement fixé à la première plaque à l'aide d'un matériau électriquement conducteur.
Dans un second mode de réalisation du dispositif de distribution électrique, la première face dudit au moins un condensateur semi-conducteur est électriquement couplée à ladite première plaque à l'aide d'un matériau électriquement conducteur comblant des orifices réalisés dans une couche dudit matériau isolant séparant la capacité semi-conductrice de ladite première plaque.
Selon un deuxième aspect du dispositif de distribution électrique, le matériau isolant peut être un polymère électriquement isolant chargé ou non par des particules ou des fibres inorganiques et présentant des propriétés électriques stables à des températures supérieures à 150°C offrant ainsi un fonctionnement à haute température avec des propriétés stables.
Selon un troisième aspect du dispositif de distribution électrique, le dispositif de distribution électrique peut comprendre une pluralités de condensateurs semi-conducteurs, au moins un premier condensateur semi-conducteur étant disposé et électriquement raccordé entre un premier jeu de deux plaques adjacentes et au moins un second condensateur semi-conducteur étant disposé et électriquement raccordé entre un second jeu de plaques adjacentes, l'une des plaques de chaque jeu pouvant appartenir à la fois au premier et au deuxième jeux.
Le dispositif de distribution électrique peut ainsi être configuré pour réaliser des multicouches.
Dans un second objet de l'invention, il est proposé un procédé de fabrication d'un dispositif de distribution électrique, le dispositif comprenant un empilement d'au moins deux plaques électriquement conductrices et au moins un condensateur électriquement raccordé entre deux plaques adjacentes, deux plaques adjacentes dudit dispositif étant séparées par un espace au moins partiellement comblé par un matériau isolant.
Selon une caractéristique générale du second objet de l'invention, au moins un condensateur est un condensateur semi-conducteur, et en ce que le procédé comprend les étapes suivantes : - l'insertion d'au moins un condensateur semi-conducteur entre une première et une seconde plaques en regard adjacentes, - une application d'un film pré-imprégné en matériau isolant sur une face dudit au moins un condensateur semi-conducteur en regard de ladite seconde plaque, - une formation d'une couche de matériau conducteur sur ledit film pré-imprégné, ledit film pré-imprégné étant disposé entre ledit au moins un condensateur semi-conducteur et la couche de matériau conducteur, - une réalisation d'orifices au travers du film pré-imprégné et de la couche de matériau conducteur, et - un dépôt par électro-déposition d'une couche additionnelle de matériau conducteur au moins dans les orifices pour mettre en contact électrique ladite seconde plaque et le condensateur semi-conducteur, - une disposition de ladite seconde plaque sur ladite couche additionnelle.
Les orifices, ou via, peuvent être créés par gravure laser, gravure mécanique ou gravure chimique ou par une combinaison de plusieurs technologies.
Dans un premier mode de mise en œuvre du procédé, le procédé peut en outre comprendre une étape de fixation d'une face dudit au moins un condensateur semi-conducteur à la première plaque, la fixation étant réalisée à l'aide d'un matériau conducteur.
Dans un second mode de mise en oeuvre du procédé, le procédé peut comprendre en outre : - une première étape supplémentaire d'application d'un film pré-imprégné additionnel en matériau isolant sur une face dudit au moins un condensateur semi-conducteur en regard de ladite première plaque, - une seconde étape supplémentaire de formation d'une couche additionnelle de matériau conducteur sur ledit film pré-imprégné additionnel, ledit film pré-imprégné additionnel étant disposé entre ledit au moins un condensateur semi-conducteur et la couche additionnelle de matériau conducteur, - une troisième étape supplémentaire de réalisation d'orifices au travers du film pré-imprégné et de la couche de matériau conducteur, et - une quatrième étape supplémentaire de dépôt par électro-déposition d'une couche additionnelle de matériau conducteur au moins dans les orifices pour mettre en contact électrique ladite première plaque et le condensateur semi-conducteur, ladite première plaque étant disposée sur ladite couche additionnelle à la suite du dépôt par électro-déposition.
Selon un aspect du procédé, chaque superposition d'une couche de matériau conducteur et d'un film pré-imprégné peut être laminée en appliquant un cycle définit en pression et en température, avec une pression supérieure à 100 kPa et inférieure à 10 MPa et une température variant entre 100°C et 250°C.
Brève description des dessins. L’invention sera mieux comprise à la lecture faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1, déjà décrite, présente un onduleur triphasé avec un condensateur de découplage raccordant une source d'alimentation à un moteur via une barre omnibus selon l'état de la technique ; - la figure 2 illustre un dispositif de distribution électrique selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 présente un logigramme d'un procédé de fabrication du dispositif de distribution électrique de la figure 2 selon un premier mode de mise en œuvre ; - les figures 4A et 4B illustrent deux étapes du procédé de fabrication de la figure 3 ; - la figure 5 illustre un dispositif de distribution électrique selon un second mode de réalisation de l'invention ; - la figure 6 présente un logigramme d'un procédé de fabrication du dispositif de distribution électrique de la figure 4 selon un second mode de mise en œuvre ; - les figures 7A et 7B illustrent deux étapes du procédé de fabrication de la figure 6 ; - les figures 8A à 8C illustrent trois exemples de réalisation d'un dispositif de distribution électrique selon l'invention dans une configuration de type multicouche.
Description détaillée de modes de réalisation
Sur la figure 2 est illustré un dispositif de distribution électrique selon un premier mode de réalisation de l'invention.
Le dispositif de distribution électrique 1, qui forme une barre omnibus, comprend une première plaque conductrice 2 en cuivre et une seconde plaque conductrice 3 en cuivre également empilées en formant un espace 4 inter-plaque. Le dispositif de distribution électrique 1 comprend en outre deux condensateurs en silicium 5 disposés entre la première et la seconde plaques 2 et 3 dans l'espace 4.
Dans une variante, les condensateurs 5 pourraient être réalisés dans un autre matériau semi-conducteur.
La première plaque 2 présente une première face 2a en regard de la seconde plaque 3 et une seconde face 2b opposée à la première face 2a de la première plaque 2. La seconde plaque 3 présente une première face 3a en regard de la première plaque 2 et une seconde face 3b opposée à la première face 3a de la seconde plaque 3. Les deux condensateurs en silicium 5 présentent chacun une première face 5a en regard de la première face 2a de la première plaque 2 et une seconde face 5b opposée à la première face 5a et en regard de la première face 3a de la seconde plaque 3.
La figure 3 présente un logigramme d'un procédé de fabrication du dispositif de distribution électrique de la figure 2 selon un premier mode de mise en oeuvre.
Dans une première étape 300 du procédé, les condensateurs en silicium 5 sont attachées à la première face 2a de la première plaque 2 conductrice à l'aide d'une brasure ou sans brasure à l'aide d'un matériau électriquement conductrice 6, comme par exemple par frittage de particules d'argent ou de cuivre, ou bien à l'aide d'une colle époxy chargée de particules métalliques, ou encore à l'aide de verre chargé de particule métalliques.
Le dispositif de distribution électrique 1 comprend en outre un matériau isolant 7 disposé entre la seconde face 5b des condensateurs en silicium 5 et la seconde plaque 3. Le dispositif 1 comprend également des vias 8 électriquement conducteurs raccordant électriquement la seconde face 5b des condensateurs en silicium 5 à la seconde plaque 3.
Dans une deuxième étape 305 du procédé, un film préimprégné en matériau isolant est appliqué sur la seconde face 5b des condensateurs en silicium 5 pour former par la suite une couche de matériau isolant 7 comblant la partie de l'espace 4 inter-plaque inoccupée par les condensateurs en silicium 5 et les via 8.
Dans une troisième étape 310 du procédé, on forme ensuite une couche de cuivre 9 sur le film pré-imprégné puis on lamine la superposition formée par le film et la couche de cuivre 9 pour former un empilement comportant la première plaque 2, les condensateurs en silicium 5 attachés à la première face 2a de la première plaque 2 à l'aide du matériau conducteur 6, la couche isolante 7 formée à partir du film pré-imprégné, et la couche de cuivre 9 comme cela est illustré sur la figure 4A.
Dans une étape suivante 315 du procédé, on réalise ensuite des orifices 10 au travers de la couche isolante 7 et de la couche de cuivre 9 à l'aide d'une technique de gravure laser, de gravure mécanique ou de gravure chimique ou bien une combinaison de différentes techniques, comme cela est illustré sur la figure 4B.
Puis, dans une étape suivante 320, on dépose par électrodéposition une couche de cuivre supplémentaire 11 pour combler les orifices 10 et ainsi former les vias 8 raccordant électriquement la première face 3a de la seconde plaque 3 à la seconde face 5b des condensateurs en silicium 5.
Sur la figure 5 est illustré un dispositif de distribution électrique selon un second mode de réalisation.
Le dispositif de distribution électrique 20 selon le second mode de réalisation diffère du dispositif 1 selon le premier mode de réalisation illustré sur la figure 2 en ce que la première face 5a des condensateurs en silicium 5 n'est pas attachée à la première face 2a de la première plaque 2 et est raccordée électriquement à la première face 2a de la première plaque 2 à l'aide de via 8' de manière similaire au raccordement électrique entre la seconde face 5b des condensateurs en silicium 5 et la seconde plaque 3.
La figure 6 présente un logigramme d'un procédé de fabrication du dispositif de distribution électrique de la figure 5 selon un second mode de mise en œuvre.
Dans une étape 505 du procédé, un premier film pré-imprégné en matériau isolant est appliqué sur la seconde face 5b des condensateurs en silicium 5 et un second film pré-imprégné en matériau isolant est appliqué sur la première face 5a des condensateurs en silicium 5 pour former par la suite une couche de matériau isolant 7 comblant la partie de l'espace 4 inter-plaque inoccupée par les condensateurs en silicium 5 et les via 8 et 8'.
Dans une étape suivante 510 du procédé, on forme ensuite une première couche de cuivre 9 sur le premier film pré-imprégné et une seconde couche de cuivre 9' sur le second film pré-imprégné, puis on lamine la superposition formée par la seconde couche de cuivre 9', le second film pré-imprégné, le premier film et la première couche de cuivre 9 pour former un empilement comportant la seconde couche de cuivre 9', les condensateurs en silicium 5 noyés dans la couche isolante 7 formée à partir des premier et second films pré-imprégné, et la première couche de cuivre 9 comme cela est illustré sur la figure 7A.
Dans une étape suivante 515 du procédé, on réalise ensuite des premiers orifices 10 au travers de la couche isolante 7 et de ia première couche de cuivre 9 d'une part, et des seconds orifices 10' au travers de la seconde couche de cuivre 9' et de la couche isolante 7 d'autre part, à l'aide d'une technique de gravure laser, de gravure mécanique ou de gravure chimique ou bien une combinaison de différentes techniques, comme cela est illustré sur la figure 7B.
Puis, dans une étape suivante 520, on dépose par électrodéposition une première couche de cuivre supplémentaire 11 pour combler les premiers orifices 10 et une seconde couche de cuivre supplémentaire 11' pour combler les seconds orifices 10' et ainsi former les via respectivement 8 et 8' raccordant électriquement respectivement la première face 3a de la seconde plaque 3 à la seconde face 5b des condensateurs en silicium 5, et la première face 2a de la première plaque 2 à la première face 5a des condensateurs en silicium 5.
Sur les figures 8A à 8C sont illustrés trois exemples de configurations multicouches d'un dispositif de distribution électrique selon des modes de réalisation de l'invention. Dans le cas où les condensateurs sont branchés en parallèle, la densité de capacité surfacique peut être augmentée et les inductances et les résistances en série peuvent être réduites, et dans le cas où les condensateurs sont branchés en séries, la tension de claquage peut être augmentée.
Alors que les premier et second modes de réalisation illustrés sur les figures 2 et 5 présentent un dispositif de distribution électrique doté de deux condensateurs en silicium raccordées en parallèle en un seul niveau, le premier exemple de dispositif de distribution électrique 30 multicouche illustré sur la figure 8A est configuré pour avoir une première et une seconde branches formée chacune de deux condensateurs en silicium raccordées en série l'une à l'autre, la première et la seconde branches étant raccordées en parallèle. Le deuxième exemple de dispositif de distribution électrique 40 multicouche illustré sur la figure 8B est configuré pour avoir un montage en parallèle de quatre condensateurs en silicium. Enfin, le troisième exemple de dispositif de distribution électrique 50 multicouche illustré sur la figure 8C est configuré pour avoir un montage en parallèle de six condensateurs en silicium.
Dans des variantes non illustrées du premier, deuxième et troisième exemples de dispositif, au lieu d'avoir un montage en parallèle de, respectivement, deux, quatre ou six condensateurs en silicium, le dispositif pourrait avoir un montage de respectivement n, 2n, ou 3n condensateurs en silicium, n correspondant à un nombre entier supérieur ou égal à 2.
Le premier exemple de dispositif de distribution électrique 30 multicouche illustré sur la figure 8A comprend une première plaque conductrice 31 présentant une première face 31a sur laquelle sont fixées deux premiers condensateurs 35 à l'aide d'un premier matériau conducteur 36, et une deuxième plaque 32 présentant une première face 32a sur laquelle sont fixés deux seconds condensateurs 350 à l'aide d'un second matériau conducteur 360, la deuxième plaque 32 présentant en outre une seconde face 32b opposée à la première face 32a et électriquement raccordée aux premiers condensateurs en silicium 35 par des premiers via 38.
Le premier exemple de dispositif multicouche 30 comprend en outre une troisième plaque 33 conductrice présentant une première face 33a en regard de la seconde face 32b de la deuxième plaque 32 et électriquement raccordée aux seconds condensateurs en silicium 350 à l'aide de seconds via 380.
Le premier exemple de dispositif de distribution électrique 30 multicouche forme ainsi un empilement de trois plaques conductrices, la seconde plaque 32 étant disposée entre la première plaque 31 et la troisième plaque 33. La seconde plaque 32 est séparée de la première plaque 31 par une première couche de matériau isolant 37 au sein de laquelle sont disposés les premiers condensateurs en silicium 35, et la seconde plaque 32 est séparée de la troisième plaque 33 par une seconde couche de matériau isolant 370 au sein de laquelle sont disposés les seconds condensateurs en silicium 350. En utilisant des condensateurs ayant les mêmes propriétés la tension de rupture est multipliée par deux.
Le deuxième exemple de dispositif de distribution électrique 40 multicouche illustré sur la figure 8B comprend une première plaque conductrice 41 présentant une première face 41a sur laquelle sont fixés deux premiers condensateurs 45 à l'aide d'un premier matériau conducteur 46, et une deuxième plaque 42 conductrice présentant une première face 42a et une seconde face 42b opposée à la première face 42a, la première face 42a étant en regard de la première face 41a de la première plaque 41 et électriquement raccordée aux premiers condensateurs en silicium 45 à l'aide de premiers via 48.
Le deuxième exemple de dispositif 40 multicouche comprend en outre une troisième plaque 410 conductrice présentant une première face 410a sur laquelle sont fixés deux seconds condensateurs 450 à l'aide d'un second matériau conducteur 460, et une quatrième plaque 420 conductrice présentant une première face 420a en regard de la première face 410a de la troisième plaque 410 et électriquement raccordée aux seconds condensateurs en silicium 450 à l'aide de seconds via 480.
La troisième plaque 410 présente en outre une seconde face 410b opposée à la première face 410a dont une première portion est disposée en regard de la seconde face 42b de la deuxième plaque 42 et une seconde portion est disposée en regard de la première face 41a de la première plaque 41, l'espace séparant la seconde portion de la seconde face 410b de la troisième plaque 410 de la portion de la première face 41a de la première plaque 41 directement en regard de ladite seconde portion étant exempt de plaque conductrice. La seconde face 410b de la troisième plaque 410 est électriquement raccordée à la première face 41a de la première plaque 41 par un premier via inter-plaque 418.
La première face 420a de la quatrième plaque présente une première portion disposée en regard de la première face 410a de la troisième plaque 410 et une seconde portion disposée en regard de la seconde face 42b de la deuxième plaque 42, l'espace séparant la seconde portion de la première face 420a de la quatrième plaque 420 de la portion de la seconde face 42b de la deuxième plaque 42 directement en regard de ladite seconde portion étant exempt de plaque conductrice. La seconde face 42b de la deuxième plaque 42 est électriquement raccordée à la première face 420a de la quatrième plaque 420 par un second via interplaque 428.
Le deuxième exemple de dispositif de distribution électrique 40 multicouche forme ainsi un empilement de quatre plaques conductrices, la seconde plaque 42 étant disposée entre la première plaque 41 et la troisième plaque 410, et la troisième plaque 410 étant disposée entre la deuxième plaque 42 et la quatrième plaque 420. La seconde plaque 42 est séparée de la première plaque 41 par une première couche de matériau isolant 47 au sein de laquelle sont disposés les premiers condensateurs en silicium 45, et la troisième plaque 410 est séparée de la quatrième plaque 420 par une seconde couche de matériau isolant 470 au sein de laquelle sont disposés les seconds condensateurs en silicium 450. La deuxième plaque 42 et la troisième plaque 410 sont séparées par une troisième couche de matériau isolant 475.
Le troisième exemple de dispositif de distribution électrique 50 multicouche illustré sur la figure 8C comprend une première plaque conductrice 51 présentant une première face 51a sur laquelle sont fixés deux premiers condensateurs 55 à l'aide d'un premier matériau conducteur 56, et une deuxième plaque 52 conductrice présentant une première face 52a et une seconde face 52b opposée à la première face 52a, la première face 52a étant en regard de la première face 51a de la première plaque 51 et électriquement raccordée aux premiers condensateurs en silicium 55 à l'aide de premiers via 58.
Le troisième exemple de dispositif 50 multicouche comprend en outre une troisième plaque 510 conductrice présentant une première face 510a sur laquelle sont fixés deux deuxièmes condensateurs 550 à l'aide d'un second matériau conducteur 560, et une quatrième plaque 520 conductrice présentant une première face 520a et une seconde face 520b opposée à la première face 520a, la première face 520a de la quatrième plaque 520 étant en regard de la première face 510a de la troisième plaque 510 et électriquement raccordée aux deuxièmes condensateurs en silicium 550 à l'aide de deuxièmes via 580.
Le troisième exemple de dispositif 50 multicouche comprend également une cinquième plaque 5100 conductrice présentant une première face 5100a sur laquelle sont fixés deux troisièmes condensateurs 5500 à l'aide d'un troisième matériau conducteur 5600, et une sixième plaque 5200 conductrice présentant une première face 5200a et une seconde face 5200b opposée à la première face 5200a, la première face 5200a de la sixième plaque 5200 étant en regard de la première face 5100a de la cinquième plaque 5100 et électriquement raccordée aux troisièmes condensateurs en silicium 5500 à l'aide de troisièmes via 5800.
Les premiers condensateurs 55 forment un premier niveau de condensateurs, les deuxièmes condensateurs 550 forment un deuxième niveau de condensateurs, et les troisièmes condensateurs 5500 forment un troisième niveau de condensateurs.
La première plaque 51, la troisième plaque 510 et la cinquième plaque 5100 du dispositif 50 sont raccordées électriquement ensembles par un premier raccord conducteur 61 traversant chacune des trois plaques.
De manière similaire, la deuxième plaque 52, la quatrième plaque 520 et la sixième plaque 5200 du dispositif 50 sont raccordées électriquement ensembles par un second raccord conducteur 62 traversant chacune des trois plaques.
Le troisième exemple de dispositif de distribution électrique 50 multicouche forme ainsi un empilement de six plaques conductrices. La seconde plaque 52 est séparée de la première plaque 51 par une première couche de matériau isolant 57 au sein de laquelle sont disposés les premiers condensateurs en silicium 55. La troisième plaque 510 est séparée de la quatrième plaque 520 par une deuxième couche de matériau isolant 570 au sein de laquelle sont disposés les deuxièmes condensateurs en silicium 550. La cinquième plaque 5100 est séparée de la sixième plaque 5200 par une troisième couche de matériau isolant 5700 au sein de laquelle sont disposés les troisièmes condensateurs en silicium 5500. La deuxième plaque 52 et la troisième plaque 510 sont séparées par une quatrième couche de matériau isolant 575 et la quatrième plaque 520 et la cinquième plaque 5100 sont séparées par une cinquième couche de matériau isolant 5750. L'invention fournit ainsi un dispositif de distribution électrique comprenant des plaques conductrices couplées à des condensateurs permettant de réduire la masse et le volume de l'ensemble, de réduire les inductances parasites engendrées par les fils de connections, et d'obtenir une stabilité élevée de la valeur de la capacité pour des températures supérieures à 150°C.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif de distribution électrique (1, 20, 30, 40, 50) comprenant un empilement d'au moins deux plaques (2, 3, 31, 32, 33, 41, 42, 410, 420, 51, 52, 510, 520, 5100, 5200) électriquement conductrices et au moins un condensateur électriquement raccordé entre deux plaques adjacentes (2 et 3, 31 et 32, 41 et 42, 51 et 52), deux plaques adjacentes (2 et 3, 31 et 32, 41 et 42, 51 et 52) dudit dispositif (1, 20, 30, 40, 50) étant séparées par un espace (4) au moins partiellement comblé par un matériau isolant (7, 37, 47, 470, 57, 570, 5700), caractérisé en ce qu'au moins un condensateur est un condensateur semi-conducteur (5, 35, 350, 45, 450, 55, 550, 5500) disposé et électriquement raccordé entre une première et une seconde plaques adjacentes en regard (2 et 3, 31 et 32,41 et 42, 51 et 52).
  2. 2. Dispositif (1, 20, 30, 40, 50) selon la revendication 1, dans lequel ladite au moins un condensateur semi-conducteur (5) comprend une première face (5a) et une seconde face (5b), la seconde face (5b) étant électriquement couplée à ladite deuxième plaque (3) à l'aide d'un matériau électriquement conducteur (11) comblant des orifices (10) réalisés dans une couche dudit matériau isolant (7) séparant la capacité semi-conductrice (5) de ladite deuxième plaque (3).
  3. 3. Dispositif (1, 30, 40, 50) selon la revendication 2, dans lequel la première face (5a) dudit au moins un condensateur semi-conducteur (5, 35, 45, 55,) est mécaniquement fixée à la première plaque (2, 31, 41, 51) à l'aide d'un matériau électriquement conducteur (6, 36, 46, 56).
  4. 4. Dispositif (20) selon la revendication 2, dans lequel la première face (5a) dudit au moins un condensateur semi-conducteur (5) est électriquement couplée à ladite première plaque (2) à l'aide d'un matériau électriquement conducteur (110 comblant des orifices (100 réalisés dans une couche dudit matériau isolant (7) séparant la capacité semi-conducteur (5) de ladite première plaque (2).
  5. 5. Dispositif (1, 20, 30, 40, 50) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le matériau isolant (7, 37, 370, 47, 470, 57, 570, 5700) est formé d'un polymère pure ou d'un composé contenant un polymère et des fibres ou des particules inorganiques, le polymère ou composé polymère étant électriquement isolant et présentant des propriétés électriques stables à des températures supérieures à 150°C.
  6. 6. Dispositif (30, 40, 50) selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant une pluralité de condensateurs semi-conducteurs (35, 350, 45, 450, 55, 550, 5500), au moins un premier condensateur semi-conducteur (35, 45, 55) étant disposé et électriquement raccordé entre un premier jeu de deux plaques adjacentes (31 et 32, 41 et 42, 51 et 52) et au moins un second condensateur semi-conducteur (350, 450, 550) étant disposé et électriquement raccordé entre un second jeu de plaques adjacentes (32 et 33, 410 et 420, 510 et 520), l'une des plaques de chaque jeu pouvant appartenir à la fois au premier et au deuxième jeux.
  7. 7. Procédé de fabrication d'un dispositif de distribution électrique, le dispositif comprenant un empilement d'au moins deux plaques électriquement conductrices et au moins un condensateur électriquement raccordé entre deux plaques adjacentes, deux plaques adjacentes dudit dispositif étant séparées par un espace au moins partiellement comblé par un matériau isolant, caractérisé en ce qu'au moins un condensateur est un condensateur semi-conducteur, et en ce que le procédé comprend les étapes suivantes : - l'insertion d'au moins un condensateur semi-conducteur entre une première et une seconde plaques adjacentes, - une application (305, 505) d'un film pré-imprégné en matériau isolant sur une face dudit au moins un condensateur semi-conducteur en regard de ladite seconde plaque, - une formation (310, 510) d'une couche de matériau conducteur sur ledit film pré-imprégné, ledit film préimprégné étant disposé entre ledit au moins un condensateur semi-conducteur et la couche de matériau conducteur, - une réalisation (315, 515) d'orifices au travers du film pré-imprégné et de la couche de matériau conducteur, et - un dépôt (320, 520) par électro-déposition d'une couche additionnelle de matériau conducteur au moins dans les orifices pour mettre en contact électrique ladite seconde plaque et le condensateur semi-conducteur, - la disposition (325, 525) de ladite seconde plaque sur ladite couche additionnelle.
  8. 8. Procédé selon la revendication 7, comprenant en outre une étape de fixation (300) d'une face dudit au moins un condensateur semi-conducteur à la première plaque, la fixation étant réalisée à l'aide d'un matériau conducteur.
  9. 9. Procédé selon la revendication 7, comprenant en outre : - une première étape supplémentaire d'application d'un film pré-imprégné additionnel en matériau isolant sur une face dudit au moins un condensateur semi-conducteur en regard de ladite première plaque, - une seconde étape supplémentaire de formation d'une couche additionnelle de matériau conducteur sur ledit film pré-imprégné additionnel, ledit film pré-imprégné additionnel étant disposé entre ledit au moins un condensateur semi-conducteur et la couche additionnelle de matériau conducteur, - une troisième étape supplémentaire de réalisation d'orifices au travers du film pré-imprégné et de la couche de matériau conducteur, et - une quatrième étape supplémentaire de dépôt par électro-déposition d'une couche additionnelle de matériau conducteur au moins dans les orifices pour mettre en contact électrique ladite première plaque et le condensateur semi-conducteur, ladite première plaque étant disposée sur ladite couche additionnelle à la suite du dépôt par électro-déposition.
  10. 10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, dans lequel chaque superposition d'une couche de matériau conducteur et d'un film pré-imprégné est laminée en appliquant un cycle définit en pression et en température, avec une pression supérieure à 100 kPa et inférieure à 10 MPa et une température variant entre 100°C et 250°C.
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