FR3083955A1 - Procede de fabrication d'un module electronique de puissance pour une electronique embarquee sur aeronef - Google Patents
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Abstract
Procédé de fabrication d'un module électronique de puissance pour une électronique embarquée sur aéronef, ce module de puissance comportant au moins un substrat métallisé (12) sur lequel sont fixées des puces de puissance (10) ainsi que des conducteurs (14) de liaison électrique, comprenant les étapes de : (a) fixation des puces sur le substrat métallisé, (c) fixation des conducteurs sur le substrat métallisé, chaque conducteur comportant une première extrémité positionnée et fixée sur une plage de connexion du substrat métallisé, caractérisé en ce qu'il comprend, simultanément ou juste après l'étape (a), une étape de : (b) fixation d'au moins un pion de centrage (26) sur le substrat métallisé, et en ce que, à l'étape (c), le positionnement de l'extrémité de chaque conducteur sur la plage de connexion est réalisé par rapport à la position dudit au moins un pion de centrage sur le substrat métallisé.
Description
PROCEDE DE FABRICATION D’UN MODULE ELECTRONIQUE DE PUISSANCE POUR UNE ÉLECTRONIQUE EMBARQUÉE SUR AERONEF DOMAINE TECHNIQUE [0001] La présente invention concerne notamment un procédé de fabrication d’un module électronique de puissance pour une électronique embarquée sur aéronef, ainsi qu’un tel module de puissance.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE [0002]L’état de la technique comprend notamment le document FR-A1 -2 864 419.
[0003]Un module électronique de puissance comprend un substrat métallisé qui comprend en général une couche électriquement isolante, en matériau céramique, agencée entre deux couches métalliques. Les deux couches métalliques peuvent être déposées sur la couche électriquement isolante par différentes techniques comme par exemple par brasage (ou en terminologie anglo-saxonne « Active Métal Brazing » ou encore « AMB >>), par liaison directe du cuivre (ou en terminologie anglo-saxonne « Direct Bonded Copper » ou encore « DSC >>), ou encore par liaison directe d'aluminium (ou en terminologie anglo-saxonne « Direct Bonded Aluminium » ou encore « DBA »).
[0004]Une des couches métalliques du substrat forme un circuit de puissance sur lequel des composants à semiconducteurs de puissance, appelés puces de puissance, sont assemblés. Cette couche est en outre reliée via des plages de connexion à des conducteurs de connexion électrique du module.
[0005]La figure 1 représente de manière très schématique des étapes de fixation d’un module de puissance. Lors d’une première étape (a), des puces de puissance 10 sont rapportées et fixées sur le substrat métallisé 12. Lors d’une seconde étape (b), les conducteurs 14 sont fixés sur le substrat 12 qui est en général disposé dans ou sur un cadre 16 formant une embase ou support et de préférence thermiquement conducteur.
[0006]Dans la technique actuelle, la seconde étape de fixation (b) pose problème. Lors de cette étape, les conducteurs 14 sont positionnés sur les plages de connexion 18 du substrat 12. Comme cela est visible aux figures 2 et 3, chaque plage de connexion 18, plus large que l’extrémité du conducteur 14, doit être positionnée de sorte que le bord périphérique de cette plage de connexion 18 ne soit pas trop proche de l’extrémité du conducteur, ce qui ne serait pas acceptable (cas de la figure 3). Au contraire, ce bord périphérique doit s’étendre autour et à distance de l’extrémité du conducteur pour que la pâte de fixation 20 et en particulier de brasure forme tout autour du conducteur 14 un congé de liaison 20a garantissant une bonne fixation du conducteur au substrat 12 (cas de la figure 2). Cette pâte 20 assure la liaison électrique entre le conducteur 14 et la plage de connexion 18.
[0007]Si les dispersions des positionnements du substrat et des conducteurs sont grandes, il est alors nécessaire d’augmenter la taille des plages de connexion 18. Cependant, lorsque l’on cherche à densifier le routage d’un substrat 12, l’élargissement de chaque plage de connexion 18 contribue à augmenter la taille du substrat, et ce d’autant plus que le nombre de plages de connexion dans une direction donnée est élevé.
[0008]Cette augmentation de la taille du substrat 12 se fait au détriment de la compacité, du coût mais également dans une certaine mesure de la fiabilité de l’assemblage. En effet, l’assemblage des différents matériaux du module est soumis à des variations de température qui induisent des contraintes entre les matériaux de coefficients de dilatation différents.
[0009] Pour réduire la taille des plages de connexion 18, il est alors nécessaire d’améliorer le positionnement relatif du substrat 12 et des conducteurs 14 qui y sont fixés. En pratique, le substrat 12 et les conducteurs 14 peuvent être maintenus en position grâce au cadre 16 précité lors de la seconde étape de fixation (b).
[0010]La figure 4 illustre des sous-étapes qui ont lieu lors de l’étape de fixation (b). Chaque conducteur 14 est positionné dans le cadre 16, en engagent une partie du conducteur 14 dans un logement de réception 22 formé dans le cadre 16 (étape (i)). Une pâte de brasage 24 est déposée sur les extrémités opposées des conducteurs 14 (étape (ii)), puis le substrat 12 équipé des puces 10 est positionné sur ou dans le cadre 16 (étape (iii)) et l’ensemble est chauffé dans un four sous vide (étape (iv)) pour entraîner la fusion de la pâte et la fixation des conducteurs au substrat.
[0011] Dans la technique actuelle, les extrémités des conducteurs 14 qui sont revêtues de pâte 24 et destinées à être fixées aux plages de connexion 18, sont positionnées vis-à-vis de ces plages de connexion par la coopération du bord périphérique 12a du substrat 12 avec le bord périphérique 16a en regard du cadre 16 (figure 4).
[0012]Cependant, comme cela est illustré aux figures 5 et 6, ce principe de positionnement cumule les défauts de positionnement Δ1, Δ2 de la découpe des bords périphériques 12a, 16a du substrat 12 et du cadre 16, le jeu J de glissement du substrat dans le cadre, le défaut de positionnement Δ3 des plages de connexion par rapport à ces bords périphériques, ainsi que le défaut de positionnement Δ4 des motifs des pâtes de brasage par rapport aux motifs des plages de connexion. Dans l’exemple particulier représenté dans les dessins, cela revient à un jeu total X de 0.9 mm qui est nécessaire pour réaliser l’assemblage avec un taux de réussite de 100%.
[0013]La présente invention permet de répondre de manière simple, efficace et économique à ce problème.
EXPOSÉ DE L’INVENTION [0014] La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un module électronique de puissance pour une électronique embarquée sur aéronef, ce module de puissance comportant au moins un substrat métallisé sur lequel sont fixés des puces de puissance ainsi que des conducteurs de liaison électrique, comprenant les étapes de :
(a) fixation des puces sur le substrat métallisé, (b) fixation des conducteurs sur le substrat métallisé, chaque conducteur comportant une première extrémité positionnée et fixée sur une plage de connexion du substrat métallisé, caractérisé en ce qu’il comprend, simultanément ou juste après l’étape (a), une étape de :
(i) fixation d’au moins un pion de centrage sur le substrat métallisé, (ii) et en ce que, à l’étape (c), le positionnement de l’extrémité de chaque conducteur sur la plage de connexion est réalisé par rapport à la position dudit au moins un pion de centrage sur le substrat métallisé.
[0015] Le pion rapporté est fixé, de préférence à demeure, sur le substrat et est dédié au positionnement des conducteurs sur le substrat. Le positionnement des conducteurs en fonction de la position du ou de chaque pion de centrage permet de réduire les défauts de positionnement et d’envisager une optimisation de la compacité ainsi que du coût de l’assemblage.
[0016] Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques et/ou étapes suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- ledit au moins un pion de centrage est fixé à l’étape (b) sur une plage de connexion du substrat métallisé,
- ledit au moins un pion de centrage a une forme générale en champignon et comprend une tête dont une extrémité est reliée à une embase élargie qui est destinée à être fixée audit substrat,
- ladite tête a une forme générale de cylindre dont une extrémité libre, opposée à ladite embase, a une forme arrondie convexe pour faciliter son insertion dans un logement d’un cadre de fabrication du module
- ladite embase a une forme générale de cylindre aplati et comprend une surface circulaire, de préférence inférieure, appliquée et fixée contre ledit substrat,
- l’extrémité de chaque conducteur est fixée sur une plage de connexion par brasage, frittage ou collage,
- ledit au moins un pion de centrage est fixé au substrat par brasage, frittage ou collage,
- l’extrémité de chaque conducteur est fixée par brasage à une température T1 sur une plage de connexion, et ledit au moins un pion de centrage est fixé par brasage à une température T2 sur une autre plage de connexion, la température T1 étant inférieure à la température T2,
-l’étape (c) comprend des sous-étapes de :
(i) positionnement de chaque conducteur dans un cadre, ce cadre comportant un logement de réception d’une seconde extrémité de chaque conducteur, (ii) dépôt de pâte de brasage, de frittage ou de colle sur la première extrémité de chaque conducteur qui reste en saillie dans ledit cadre, (iii) positionnement du substrat dans le cadre, ou du cadre sur le substrat, de sorte qu’une extrémité dudit au moins un pion de centrage soit engagée dans un orifice dudit cadre et que la première extrémité de chaque conducteur soit située en vis-à-vis d’une plage de connexion et séparée de celle-ci par ladite pâte, et (iv) fixation de l’extrémité de chaque conducteur à la plage de connexion.
[0017] On comprend ainsi que le cadre sert de guide qui va coopérer à la fois avec les conducteurs, comme dans la technique antérieure, mais aussi avec le ou chaque pion de centrage. Le positionnement des conducteurs vis-à-vis du ou de chaque pion de centrage est ainsi réalisé par l’intermédiaire du cadre dans ce mode de réalisation.
[0018] La présente invention concerne également un module de puissance pour une électronique embarquée sur aéronef, ce module étant obtenu par le procédé tel que décrit ci-dessus et comportant au moins un pion de centrage fixé à demeure sur ledit substrat métallisé.
[0019] La présente invention concerne encore une électronique embarquée sur aéronef, comportant un module de puissance tel que décrit ci-dessus.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES [0020] L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 représente de manière très schématique des étapes de fabrication d’un module électronique de puissance pour une électronique embarquée sur aéronef,
- les figures 2 et 3 sont des vues schématiques en coupe d’un substrat et d’un conducteur fixé par brasage sur ce substrat, et montrent respectivement deux positions différentes du conducteur vis-à-vis d’une plage de connexion du substrat,
- la figure 4 comprend plusieurs vues schématiques en coupe des différents éléments utilisés pour la fabrication d’un module électronique de puissance, et illustrent en particulier l’une des étapes du procédé représenté à la figure 1,
- les figures 5 et 6 sont des vues schématiques en coupe de différents éléments utilisés pour la fabrication d’un module électronique de puissance, et illustrent en particulier la fin de l’une des étapes du procédé représenté à la figure 1, selon la technique antérieure, et
- les figures 7 et 8 sont des vues schématiques en coupe de différents éléments utilisés pour la fabrication d’un module électronique de puissance, et illustrent en particulier l’une des étapes du procédé représenté à la figure 1, selon l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE D’UN MODE DE RÉALISATION [0021] Les figures 1 à 6 ont été décrites dans ce qui précède.
[0022] Selon l’invention, un module électronique de puissance est fabriqué par un procédé qui comprend des étapes similaires à celles d’un procédé de la technique antérieure.
[0023] C’est le cas des étapes (a) et (b) illustrées à la figure 1 selon lesquelles :
(a) des puces 10 sont fixées sur un substrat métallisé 12 qui comprend classiquement une couche 12a électriquement isolante, par exemple en matériau céramique, agencée entre deux couches métalliques 12b, puis (c) des conducteurs 14 sont fixés sur le substrat métallisé 12, chaque conducteur comportant une première extrémité positionnée et fixée sur une plage de connexion 18 du substrat métallisé 12.
[0024] Le procédé comprend en outre, simultanément ou juste après l’étape (a), une étape de :
(b) fixation d’au moins un pion de centrage 26 sur le substrat métallisé 12, le positionnement de l’extrémité de chaque conducteur 14 sur la plage de connexion 18 étant réalisé à l’étape (c) par rapport à la position de ce pion de centrage 26 sur le substrat métallisé.
[0025] A l’étape (a), les puces 10 peuvent être fixées sur le substrat 12 et en particulier sur des plages de connexion 18 de ce substrat par brasage, frittage ou collage. Dans le premier cas, les puces peuvent être fixées par un brasage par diffusion ou par un brasage à haute température (HMP (Tg= 298°C), AuSn (Tg= 280°C), AuGe (Tg= 345°C)). Dans le cas d’une fixation par frittage, une nano ou micro pâte d’argent peut être utilisée. Enfin, dans le cadre d’une fixation par collage, il est possible d’utiliser une pâte ou colle époxy conductrice chargée en or, argent ou autre matériau électroconducteur.
[0026] A l’étape (c), les conducteurs 14 peuvent également être fixés sur les plages de connexion 18 du substrat par brasage, frittage ou collage. Dans le premier cas, les conducteurs peuvent être fixés par un brasage basse température (HMP (Tg= 298°C), AuSn (Tg= 280°C), AuGe (Tg= 345°C)). Dans le cas d’une fixation par frittage, un frittage basse température avec une nano ou micro pâte d’argent est également envisageable. Enfin, dans le cadre d’une fixation par collage, il est possible d’utiliser une pâte ou colle du type précité.
[0027] A l’étape (b), le ou chaque pion de centrage 24 peut être fixé sur le substrat 12 et en particulier sur une plage de connexion 18 de ce substrat par brasage, frittage ou collage. Dans le cas où l’étape b) est réalisée simultanément à l’étape (a), les exemples de pâtes de brasage, frittage et collage utilisés dans le cadre de la fixation des puces 10, s’appliquent également ici.
[0028] On comprend ainsi que les puces 10 et le ou chaque pion 26 peuvent être fixés simultanément et par la même technique ou même pâte sur le substrat 12.
[0029] Dans le cas où les différentes étapes de fixation (a), (b) et (c) seraient réalisées par brasage, on comprend en outre que la température T1 de brasage des étapes (a) et (b) est supérieure à la température T2 de brasage de l’étape (c). Cela permet de ne pas altérer la fixation des puces 12 et du ou de chaque pion 24 lors de la fixation des conducteurs 14. Autrement dit, le ou chaque pion 24 n’est pas susceptible de se déplacer lors de la fixation des conducteurs 14 car il restera solidaire du substrat 12.
[0030] Le ou chaque pion de centrage 26 peut avoir une forme générale en champignon ou en T inversé, comme dans l’exemple représenté, et comprendre une tête 26a dont une extrémité est reliée à une embase 26b élargie qui est destinée à être fixée sur une plage de connexion 18 du substrat 12. Dans l’exemple représenté, l’embase 26b a une forme générale de cylindre ou de disque et comprend une surface circulaire, de préférence inférieure, appliquée et fixée contre le substrat.
[0031] En pratique, l’étape (b) comprend les sous-étapes illustrées à la figure 4 et consistant tout d’abord à positionner chaque conducteur 14 dans un cadre 16, en engageant une extrémité ou une partie du conducteur dans un logement de réception 22 formé dans le cadre (étape (i)). Une pâte de brasage 24 est ensuite déposée sur les extrémités opposées des conducteurs (étape (ii)), puis le substrat équipé des puces mais aussi d’un ou de plusieurs pions de centrage 26 est positionné sur ou dans le cadre. Lors de cette dernière étape (iii), une extrémité du ou de chaque pion de centrage 26 est engagé dans un orifice 28 du cadre 16 et la première extrémité de chaque conducteur 14 est situé en vis-à-vis d’une plage de connexion 18 et séparée de celle-ci par la pâte (figure 8). L’ensemble peut alors être mis dans un four de chauffage, par exemple sous vide, pour réaliser la fixation de l’extrémité de chaque conducteur 14 à la plage de connexion 18 correspondante (étape (iv)). La cadre 16 peut être utilisé uniquement pour la fixation des conducteurs 14 ou bien faire partie du module de puissance et être fixé au substrat.
[0032] Lors de l’étape (b), le bon positionnement du ou de chaque pion 26 peut être réalisé par le bon choix de la taille de la plage de connexion 18 sur laquelle il est fixé et la tension superficielle de la pâte de fixation utilisée, et/ou par un contrôle optique lors de cette fixation sur le substrat.
[0033] Dans un exemple particulier de réalisation de l’invention, où la géométrie de la plage de connexion possède une déviation de 50 pm et le centrage du pion 26 lors de la brasure est réalisé à 50 pm, avec un jeu mécanique d’outil de 0.2 mm, on réduit le jeu des plages de brasure de 0.9 mm avec la technique antérieure, à 0.2 mm avec l’invention.
[0034] La définition des géométries associées à chaque pion de centrage 26 est peut être le résultat de différents compromis.
) La hauteur de chaque pion de centrage 26 est de préférence suffisamment
a. grande (>0.5 mm) pour que le pion 26 soit guidé dans le cadre 16,
b. faible (<10 mm) pour ne pas gêner le câblage des puces 10 sur le substrat 12.
2) La surface de contact de chaque pion de centrage 26 est de préférence suffisamment
a. faible (<1 cm2) pour ne pas affecter la surface disponible du substrat 12,
b. grande (>2 mm2) pour assurer un bon parallélisme du substrat 12 lors du brasage.
[0035] Enfin, c’est avant tout le bon choix de la taille de la plage de connexion 18 par rapport à la géométrie du pion de centrage 26 qui permet le centrage du pion sur le motif de ces plages par effet de capillarité de la pâte. On veillera de préférence à ce que l’écart entre la géométrie du pion et de la plage de brasure soit inférieur à 0,4 mm. Lorsque la fixation du pion est réalisée par brasage, on assurera une bonne mouillabilité de la brasure soit par la finition du pion soit par un étamage compatible avec la brasure choisie. Le centrage du pion est d’autant facilité si le pion est suffisamment léger pour être déplacé par la tension superficielle de la pâte. De préférence, l’épaisseur de l’embase 26b du pion est inférieure ou égale à 3 mm.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d’un module électronique de puissance pour une électronique embarquée sur aéronef, ce module de puissance comportant au moins un substrat métallisé (12) sur lequel sont fixées des puces de puissance (10) ainsi que des conducteurs (14) de liaison électrique, comprenant les étapes de :(a) fixation des puces sur le substrat métallisé, (c) fixation des conducteurs sur le substrat métallisé, chaque conducteur comportant une première extrémité positionnée et fixée sur une plage de connexion du substrat métallisé, caractérisé en ce qu’il comprend, simultanément ou juste après l’étape (a), une étape de :(b) fixation d’au moins un pion de centrage (26) sur le substrat métallisé, et en ce que, à l’étape (c), le positionnement de l’extrémité de chaque conducteur sur la plage de connexion est réalisé par rapport à la position dudit au moins un pion de centrage sur le substrat métallisé.
- 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit au moins un pion de centrage (26) est fixé à l’étape (b) sur une plage de connexion (18) du substrat métallisé (12).
- 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit au moins un pion de centrage (26) a une forme générale en champignon et comprend une tête (26a) dont une extrémité est reliée à une embase (26b) élargie qui est destinée à être fixée audit substrat.
- 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel ladite embase (26b) a une forme générale de cylindre aplati et comprend une surface circulaire appliquée et fixée contre ledit substrat (12).
- 5. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel l’extrémité de chaque conducteur (14) est fixée sur une plage de connexion (18) par brasage, frittage ou collage.
- 6. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel ledit au moins un pion de centrage (26) est fixée au substrat (12) par brasage, frittage ou collage.
- 7. Procédé selon les revendications 5 et 6 prises en combinaison, dans lequel l’extrémité de chaque conducteur (14) est fixée par brasage à une température T2 sur une plage de connexion (18), et ledit au moins un pion de centrage (26) est fixé par brasage à une température T2 sur une autre plage de connexion, la température T1 étant inférieure à la température T2.
- 8. Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel l’étape (c) comprend des sous-étapes de :(i) positionnement de chaque conducteur (14) dans un cadre, ce cadre (16) comportant un logement (22) de réception d’une seconde extrémité de chaque conducteur, (ii) dépôt de pâte de brasage (24), de frittage ou de colle sur la première extrémité de chaque conducteur qui reste en saillie dans ledit cadre, (iii) positionnement du substrat (12) dans le cadre, ou du cadre sur le substrat, de sorte qu’une extrémité dudit au moins un pion de centrage (26) soit engagée dans un orifice (28) dudit cadre et que la première extrémité de chaque conducteur soit située en vis-à-vis d’une plage de connexion (18) et séparée de celle-ci par ladite pâte, et (iv) fixation de l’extrémité de chaque conducteur à la plage de connexion.
- 9. Module électronique de puissance pour une électronique embarquée sur aéronef, ce module étant obtenu par le procédé selon l’une des revendications précédentes et comportant au moins un pion de centrage (26) fixé à demeure sur ledit substrat métallisé.
- 10. Électronique embarquée sur aéronef, comportant un module de puissance selon la revendication 9.
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Patent Citations (5)
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