FR3087578A1 - HOUSING FOR ELECTRONIC POWER MODULE AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH A HOUSING - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un boitier (1) pour module électronique de puissance, caractérisé en ce qu'il comporte une paroi intérieure (2a) électriquement conductrice et une paroi extérieure (2b) électriquement conductrice entre lesquelles est ménagé un espace configuré pour recevoir une résine diélectrique, chaque paroi (2a, 2b) du boitier (1) comprenant un capot (3a, 3b) supérieur de fermeture, et en ce que les parois intérieure (2a) et extérieure (2b) du boitier (1) sont reliées mécaniquement et électriquement à un substrat métallisé (5) et formant des électrodes d'un condensateur. The invention relates to a box (1) for a power electronic module, characterized in that it comprises an electrically conductive inner wall (2a) and an electrically conductive outer wall (2b) between which is formed a space configured to receive a resin. dielectric, each wall (2a, 2b) of the casing (1) comprising an upper closure cover (3a, 3b), and in that the inner (2a) and outer (2b) walls of the casing (1) are mechanically connected and electrically to a metallized substrate (5) and forming electrodes of a capacitor.
Description
BOITIER POUR MODULE ELECTRONIQUE DE PUISSANCE ET PROCEDE DE FABRICATION D'UN TEL BOITIER DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne le domaine de l'électronique de puissance.BOX FOR ELECTRONIC POWER MODULE AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH A BOX TECHNICAL FIELD The present invention relates to the field of power electronics.
Elle se rapporte aux boitiers pour modules électroniques de puissance.It relates to boxes for electronic power modules.
ETAT DE L'ART Le document US-A1-8 112 853 décrit un onduleur comprenant six composants à semi-conducteur de puissance commandés et une capacité de découplage.STATE OF THE ART Document US Pat. No. 8,112,853 describes an inverter comprising six controlled power semiconductor components and a decoupling capacitor.
Ces composants à semi-conducteur de puissance sont généralement pilotés de l'état passant et l'état bloqué et vice versa par des signaux distribués par des circuits de commande et de contrôle (non représentés).These power semiconductor components are generally driven from the on state and the off state and vice versa by signals distributed by command and control circuits (not shown).
Des barres-bus sont utilisées pour assurer la connexion électrique entre des capacités et des connectiques d'entrée du dispositif module de puissance.Bus bars are used to ensure the electrical connection between capacitors and input connectors of the power module device.
Un des inconvénients majeurs d'un tel dispositif d'électronique de puissance réside dans le fait que les inductances parasites de la boucle de puissance sont liées en partie à des contraintes physiques comme la taille des condensateurs, leurs connectiques, et l'interconnexion entre les condensateurs de découplage et les composants à semi-conducteur de puissance.One of the major drawbacks of such a power electronics device lies in the fact that the parasitic inductances of the power loop are partly linked to physical constraints such as the size of the capacitors, their connections, and the interconnection between the capacitors. decoupling capacitors and power semiconductor components.
Ces inductances sont à l'origine de l'apparition de surtension aux bornes des composants à semi-conducteur de puissance lors de forte variation de courant et peuvent amener à la destruction des composants à semi-conducteurs de puissance formant les composants à semiconducteur de puissance si leur marge de sécurité en tenue en tension n'est pas suffisante.These inductors are at the origin of the appearance of overvoltage at the terminals of the power semiconductor components during a large current variation and can lead to the destruction of the power semiconductor components forming the power semiconductor components. if their voltage withstand safety margin is not sufficient.
En effet, des valeurs d'inductance parasites de l'ordre de centaine de nano henry impactent fortement la performance des composants à semi-conducteur de puissance notamment pour les fonctions nécessitant une forte variation du courant en fonction du temps lors de leur commande entre l'état bloqué à l'état passant et vice versa.Indeed, parasitic inductance values of the order of a hundred nano henry have a strong impact on the performance of power semiconductor components, in particular for functions requiring a large variation in current as a function of time when they are controlled between l. 'blocked state in on state and vice versa.
2 Ainsi, afin de réduire les inductances entre les condensateurs de découplage et les modules d'électronique de puissance, les condensateurs de découplage sont positionnés au plus proche des composants à semi-conducteur de puissance.2 Thus, in order to reduce the inductances between the decoupling capacitors and the power electronics modules, the decoupling capacitors are positioned as close as possible to the power semiconductor components.
Les condensateurs électrolytiques ou les condensateurs films sont 5 habituellement connectés aux connectiques métalliques ou à la métallisation d'une barre-bus par brasure ou par vissage.Electrolytic capacitors or film capacitors are usually connected to metal connectors or to the metallization of a bus bar by soldering or by screwing.
Cependant ces techniques de fixation présentent plusieurs inconvénients.However, these fixing techniques have several drawbacks.
En effet, un assemblage par vissage de chaque condensateur sur les connectiques métalliques est un processus long et, par conséquent, coûteux.Indeed, an assembly by screwing each capacitor on the metal connectors is a long process and, consequently, expensive.
Les connectiques fixées par brasage présentent quant à elles 10 des problèmes de fiabilité lors des chocs thermiques ou lorsqu'elles sont soumises aux vibrations.Connectors fixed by soldering, for their part, have reliability problems during thermal shocks or when they are subjected to vibrations.
De plus, avec ces techniques de fixation des condensateurs, le transfert thermique n'est également pas optimal du fait de l'absence d'une interface efficace entre les condensateurs et un refroidisseur.In addition, with these capacitor fixing techniques, the heat transfer is also not optimal due to the lack of an efficient interface between the capacitors and a cooler.
Pour remédier à ces inconvénients, il a été proposé plusieurs solutions.To remedy these drawbacks, several solutions have been proposed.
15 Le document US-A1-9 615 490 propose de remédier au problème de refroidissement des condensateurs et de fiabilité des connectiques.Document US-A1-9 615 490 proposes to remedy the problem of cooling the capacitors and the reliability of the connectors.
Pour cela, ce document décrit un module présentant une plaque froide sur laquelle est placé le module et présentant une poche dimensionnée pour recevoir un condensateur de découplage permettant ainsi l'intégration physique du condensateur de découplage 20 directement dans la plaque froide.For this, this document describes a module having a cold plate on which the module is placed and having a pocket sized to receive a decoupling capacitor thus allowing the physical integration of the decoupling capacitor 20 directly into the cold plate.
Ce module permet ainsi d'augmenter la fiabilité aux vibrations et chocs thermiques des connectiques et d'assurer le refroidissement des condensateurs sur la plaque froide des modules.This module thus makes it possible to increase the reliability of the connections to vibrations and thermal shocks and to ensure the cooling of the capacitors on the cold plate of the modules.
Le document US-A1-8 787 003 décrit un module comportant des 25 condensateurs connectés entre eux, pour former un bloc capacitif, et avec l'extérieur.Document US-A1-8 787 003 describes a module comprising 25 capacitors connected together, to form a capacitive block, and with the outside.
Ce module est ensuite relié mécaniquement et thermiquement à une plaque froide proche d'un module de puissance.This module is then mechanically and thermally connected to a cold plate close to a power module.
Une barre-bus (ou des plaques métalliques) vient ensuite connecter électriquement le condensateur et le module de puissance.A bus bar (or metal plates) then electrically connects the capacitor and the power module.
Le module de condensateur comprend un substrat ayant une métallisation sur un premier côté du substrat, une pluralité de connecteurs électriquement couplés à la métallisation et une pluralité de condensateurs disposés sur la métallisation.The capacitor module includes a substrate having a metallization on a first side of the substrate, a plurality of connectors electrically coupled to the metallization, and a plurality of capacitors disposed on the metallization.
La 3 pluralité de condensateurs comprend un premier ensemble de condensateurs connectés électriquement en parallèle entre un premier ensemble de connecteurs et un second ensemble de connecteurs.The plurality of capacitors includes a first set of capacitors electrically connected in parallel between a first set of connectors and a second set of connectors.
Le module de condensateur comprend en outre un boîtier renfermant la pluralité de condensateurs à l'intérieur du module de 5 condensateur.The capacitor module further includes a housing enclosing the plurality of capacitors within the capacitor module.
Cette solution permet de refroidir les condensateurs, d'améliorer la fiabilité au niveau de la connexion des condensateurs et de réduire les inductances parasites.This solution makes it possible to cool the capacitors, to improve the reliability of the connection of the capacitors and to reduce parasitic inductances.
Enfin, le document US-A-5 142 439 décrit un module de condensateur céramique à haute tension et à faible volume, comprenant des condensateurs à puce 10 à montage en surface, et pouvant être intégré dans divers systèmes électriques de manière à minimiser l'inductance parasite.Finally, US-A-5,142,439 discloses a low volume, high voltage ceramic capacitor module, comprising surface mount chip capacitors 10, and capable of being integrated into various electrical systems so as to minimize power loss. parasitic inductance.
Ce module permet de réduire les inductances parasites, d'augmenter la tenue aux vibrations et aux chocs thermiques.This module makes it possible to reduce parasitic inductances and to increase resistance to vibrations and thermal shocks.
Ces différentes solutions de l'art antérieur, bien qu'acceptables, sont complexes, coûteuses et ne donnent pas entière satisfaction quant à la compacité.These different solutions of the prior art, although acceptable, are complex, costly and do not give complete satisfaction with regard to compactness.
15 Un but de la présente invention est de proposer une solution simple et efficace exempte des inconvénients susmentionnés.An aim of the present invention is to provide a simple and effective solution free from the aforementioned drawbacks.
EXPOSE DE L'INVENTION A cet effet, l'invention concerne un boitier pour module électronique de 20 puissance, caractérisé en ce qu'il comporte une paroi intérieure électriquement conductrice et une paroi extérieure électriquement conductrice entre lesquelles est ménagé un espace configuré pour recevoir une résine diélectrique, chaque paroi du boitier comprenant un capot supérieur de fermeture, et en ce que les parois intérieure et extérieure du boitier sont reliées mécaniquement et électriquement à un substrat 25 métallisé et formant des électrodes d'un condensateur.DISCLOSURE OF THE INVENTION To this end, the invention relates to a box for a power electronic module, characterized in that it comprises an electrically conductive inner wall and an electrically conductive outer wall between which is formed a space configured to receive a. dielectric resin, each wall of the case comprising an upper closing cover, and in that the inner and outer walls of the case are mechanically and electrically connected to a metallized substrate and forming electrodes of a capacitor.
Le boitier selon l'invention présente plusieurs avantages intéressants.The box according to the invention has several interesting advantages.
Notamment : la fonctionnalisation du boitier du module électronique de puissance qui sert d'électrode pour un condensateur, 4 les parois du boitier formant les électrodes d'un condensateur, par exemple de découplage permet à ce dernier d'être au plus proche des composants de puissance du module de puissance, le boitier ainsi constitué peut bénéficier du refroidissement du substrat de 5 sorte qu'il ne nécessite pas de système de refroidissement supplémentaire, une meilleure fiabilité du condensateur de découplage face aux chocs thermiques et aux vibrations.In particular: the functionalization of the box of the electronic power module which serves as an electrode for a capacitor, 4 the walls of the box forming the electrodes of a decoupling capacitor, for example, allows the latter to be as close as possible to the components of power of the power module, the box thus formed can benefit from the cooling of the substrate so that it does not require an additional cooling system, better reliability of the decoupling capacitor in the face of thermal shocks and vibrations.
Avantageusement, une face interne de la paroi extérieure du boitier est munie de premières ailettes et une face externe de la paroi intérieure du boitier est munie de 10 secondes ailettes, les parois intérieure et extérieure du boitier étant agencées de sorte à obtenir une alternance de premières ailettes et de secondes ailettes dans l'espace ménagé entre les parois intérieure et extérieure.Advantageously, an inner face of the outer wall of the case is provided with first fins and an outer face of the inner wall of the case is provided with 10 second fins, the inner and outer walls of the case being arranged so as to obtain an alternation of first fins. fins and second fins in the space between the inner and outer walls.
Ainsi, la surface entre les deux parois du boitier formant les électrodes du condensateur est augmentée, de même que la capacité dudit condensateur.Thus, the area between the two walls of the case forming the electrodes of the capacitor is increased, as is the capacity of said capacitor.
15 Selon un exemple de réalisation, le capot supérieur extérieur de la paroi extérieure comporte un orifice de passage de la résine diélectrique.According to an exemplary embodiment, the upper outer cover of the outer wall comprises an orifice for the passage of the dielectric resin.
De préférence et avantageusement, l'espace ménagé entre la paroi intérieure et la paroi extérieure présente une largeur comprise entre quelques micromètres et quelques millimètres.Preferably and advantageously, the space formed between the inner wall and the outer wall has a width of between a few micrometers and a few millimeters.
20 Ainsi, l'épaisseur du diélectrique est contrôlée, de même que la capacité du condensateur.Thus, the thickness of the dielectric is controlled, as is the capacitance of the capacitor.
De préférence et avantageusement, le substrat métallisé est un substrat multicouche ce qui permet la réalisation de câblages complexes tout en assurant une herméticité du boitier.Preferably and advantageously, the metallized substrate is a multilayer substrate which allows the production of complex cabling while ensuring hermeticity of the package.
25 Avantageusement, la résine diélectrique est une résine pure, par exemple du poly(fluorure de vinylidéne) présentant une permittivité élevée.Advantageously, the dielectric resin is a pure resin, for example poly (vinylidene fluoride) having a high permittivity.
Avantageusement, la résine diélectrique est une résine composite chargée en particules céramiques ou chargée en particules métalliques afin d'améliorer la permittivité.Advantageously, the dielectric resin is a composite resin loaded with ceramic particles or loaded with metal particles in order to improve the permittivity.
30 Selon un exemple de réalisation, le boitier est réalisé par fabrication additive directement sur le substrat métallisé.According to an exemplary embodiment, the case is produced by additive manufacturing directly on the metallized substrate.
5 Selon un autre exemple de réalisation, le boitier est rapporté et fixé sur le substrat métallisé par brasage ou frittage.5 According to another exemplary embodiment, the housing is attached and fixed to the metallized substrate by brazing or sintering.
La présente invention concerne également un module électronique de puissance caractérisé en ce qu'il comprend un boitier présentant l'une quelconque 5 des caractéristiques susmentionnées et formant un condensateur de découplage.The present invention also relates to an electronic power module characterized in that it comprises a box having any one of the aforementioned characteristics and forming a decoupling capacitor.
Un tel module présente plusieurs avantages intéressants, à savoir : la fonctionnalisation du boitier qui permet une forte intégration des condensateurs notamment de découplage, - les parois du boitier formant les électrodes du condensateur permettent une 10 réduction des inductances parasites engendrées par les fils de connexions des condensateurs, - le refroidissement direct du condensateur par le même système de refroidissement que le substrat, - une meilleure fiabilité du module de puissance aux chocs thermiques et aux 15 vibrations.Such a module has several interesting advantages, namely: the functionalization of the box which allows a strong integration of the capacitors, in particular the decoupling capacitors, - the walls of the box forming the electrodes of the capacitor allow a reduction in the parasitic inductances generated by the connection wires of the capacitors. capacitors, - direct cooling of the condenser by the same cooling system as the substrate, - better reliability of the power module against thermal shocks and vibrations.
L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un boitier présentant l'une quelconque des caractéristiques susmentionnées, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivante : - on agence les parois intérieure et extérieure du boitier sur le substrat 20 métallisé de sorte à ménager un espace ; on ferme chacune des parois à l'aide du capot supérieur respectif ; on injecte la résine diélectrique sous vide à l'intérieur du boitier à travers l'orifice ménagé dans le capot supérieur extérieur de la paroi extérieure ; on recuit le boitier afin de rigidifier la résine diélectrique.The invention also relates to a method for producing a case having any one of the aforementioned characteristics, characterized in that it comprises the following steps: the inner and outer walls of the case are arranged on the metallized substrate 20 so to save space; each of the walls is closed using the respective top cover; the dielectric resin is injected under vacuum inside the case through the orifice made in the upper outer cover of the outer wall; the case is annealed in order to stiffen the dielectric resin.
25 DESCRIPTION DES FIGURES La présente invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d'un exemple non limitatif qui suit, en référence aux dessins annexés sur 30 lesquels : la figure 1 est une vue en perspective éclatée du boitier selon l'invention ; 6 la figure 2 est une vue de détail et en perspective des parois du boitier selon l'invention ; la figure 3 est une vue de dessus des parois du boitier selon l'invention illustrées à la figure 1 ; 5 la figure 4 est une vue en coupe à caractère schématique du boitier selon l'invention.DESCRIPTION OF THE FIGURES The present invention will be better understood and other details, characteristics and advantages of the present invention will emerge more clearly on reading the description of a non-limiting example which follows, with reference to the accompanying drawings in which: FIG. 1 is an exploded perspective view of the box according to the invention; FIG. 2 is a detail and perspective view of the walls of the box according to the invention; FIG. 3 is a top view of the walls of the box according to the invention illustrated in FIG. 1; Figure 4 is a schematic sectional view of the housing according to the invention.
DESCRIPTION DETAILLEE Dans le présent exposé, les termes <, interne », « externe », c< intérieur », 10 « extérieur », « supérieur » et « inférieur » sont utilisés en référence au positionnement en cour d'utilisation des éléments constitutifs du boitier selon l'invention.DETAILED DESCRIPTION In the present description, the terms <, internal "," external ", c <interior", "exterior", "upper" and "lower" are used with reference to the positioning in use of the constituent elements of the system. box according to the invention.
Le boitier 1 pour module électronique de puissance selon l'invention comporte : 15 un premier ensemble intérieur comprenant une paroi intérieure 2a apte à être fermée par un capot supérieur intérieur 3a ; un second ensemble extérieur comprenant une paroi extérieure 2b apte à être fermée par un capot supérieur extérieur 3b ; le premier ensemble étant placé à l'intérieur du second ensemble.The box 1 for an electronic power module according to the invention comprises: a first interior assembly comprising an interior wall 2a capable of being closed by an interior upper cover 3a; a second outer assembly comprising an outer wall 2b capable of being closed by an outer upper cover 3b; the first set being placed inside the second set.
20 Les parois intérieure 2a et extérieure 2b, par exemple de section rectangulaire ou carrée, sont dimensionnées de sorte à ménager un espace E entre une face externe 2a' de la paroi intérieure 2a et une face interne 2b' de la paroi extérieure 2b, la paroi intérieure 2a présentant un périmètre et une hauteur inférieure, respectivement, au périmètre et à la hauteur de la paroi extérieure 2b.The inner 2a and outer 2b walls, for example of rectangular or square section, are dimensioned so as to provide a space E between an outer face 2a 'of the inner wall 2a and an inner face 2b' of the outer wall 2b, the inner wall 2a having a perimeter and a height lower, respectively, than the perimeter and the height of the outer wall 2b.
25 Un joint 4a, 4b est avantageusement disposé, respectivement, entre la paroi intérieure 2a et le capot supérieur intérieur 3a, et entre la paroi extérieure 2b et le capot supérieur extérieur 3b.A seal 4a, 4b is advantageously arranged, respectively, between the inner wall 2a and the inner top cover 3a, and between the outer wall 2b and the outer top cover 3b.
Les parois intérieure 2a et extérieure 2b sont électriquement conductrices.The inner 2a and outer 2b walls are electrically conductive.
De préférence et avantageusement, les parois intérieure 2a et extérieure 2b et leurs 30 capots supérieurs respectifs 3a et 3b sont réalisés en métal.Preferably and advantageously, the inner 2a and outer 2b walls and their respective upper covers 3a and 3b are made of metal.
Le boitier 1 métallique ainsi formé peut alors servir de protection mécanique permettant un fonctionnement 7 de l'électronique dans des environnements sévères.The metal case 1 thus formed can then serve as mechanical protection allowing operation 7 of the electronics in severe environments.
De plus, le boitier 1 métallique présente également une fonction de barrière de diffusion et de blindage électromagnétique du module de puissance.In addition, the metal case 1 also has a function of diffusion barrier and of electromagnetic shielding of the power module.
En référence à la figure 4, la paroi intérieure 2a et la paroi extérieure 2b du 5 boitier 1 sont reliées mécaniquement et électriquement, de manière connue en soi, à un substrat métallisé 5.With reference to FIG. 4, the inner wall 2a and the outer wall 2b of the housing 1 are mechanically and electrically connected, in a manner known per se, to a metallized substrate 5.
L'espace E ménagé entre la paroi intérieure 2a et la paroi extérieure 2b permet d'éviter que toute connexion électrique ne soit faite entre les parois intérieure 2a et extérieure 2b.The space E formed between the inner wall 2a and the outer wall 2b makes it possible to prevent any electrical connection from being made between the inner 2a and outer 2b walls.
Ainsi, la paroi intérieure 2a et la paroi extérieure 2b du boitier 1 forment des électrodes d'un condensateur intégré au 10 module de puissance, au plus proche de cellules de commutation du module de puissance.Thus, the inner wall 2a and the outer wall 2b of the box 1 form electrodes of a capacitor integrated into the power module, as close as possible to the switching cells of the power module.
Le boitier 1 est alors fonctionnalisé et ne sert pas uniquement de protection mécanique au module de puissance.Box 1 is then functionalized and does not only serve as mechanical protection for the power module.
Le substrat métallisé 5 est préférentiellement un substrat multicouche, par exemple un substrat double-couche avec une couche de nitrure de silicium et une 15 couche de cuivre, assurant alors une herméticité du boitier 1.The metallized substrate 5 is preferably a multilayer substrate, for example a double-layer substrate with a layer of silicon nitride and a layer of copper, then ensuring hermeticity of the case 1.
Les connectiques électroniques sont alors assurées à l'extérieur du boitier 1 à travers des vias métallisés dans une première couche du substrat métallisé 5, permettant de réaliser une liaison électrique entre les deux couches.The electronic connections are then provided outside the box 1 through vias metallized in a first layer of the metallized substrate 5, making it possible to make an electrical connection between the two layers.
Selon un autre exemple de réalisation, la métallisation du substrat est en 20 aluminium et les parois intérieure 2a et extérieure 2b du boitier 1 sont dans un alliage d'aluminium, silicium et magnésium.According to another exemplary embodiment, the metallization of the substrate is made of aluminum and the inner 2a and outer 2b walls of the housing 1 are in an alloy of aluminum, silicon and magnesium.
Dans un exemple de réalisation non représenté dans lequel l'herméticité du boitier 1 n'est pas recherchée, des trous réalisés dans les capots supérieur intérieur 3a et extérieur 3b pour le passage des connectiques électriques liées au substrat 25 métallisé 5.In an exemplary embodiment, not shown, in which the hermeticity of the case 1 is not sought, holes made in the upper interior 3a and exterior 3b covers for the passage of the electrical connections linked to the metallized substrate 5.
L'espace E ménagé entre la paroi intérieure 2a et la paroi extérieure 2b présente une largeur comprise entre quelques micromètres et quelques millimètres.The space E formed between the inner wall 2a and the outer wall 2b has a width of between a few micrometers and a few millimeters.
Cette largeur dépend en effet de la valeur de la capacité désirée pour le condensateur formé par les le boitier 1, de sa tenue en tension et des propriétés 30 électriques des matériaux qui le composent, telle que sa permittivité, la valeur de cette capacité étant inversement proportionnelle à cette largeur.This width depends in fact on the value of the desired capacitance for the capacitor formed by the case 1, on its voltage withstand and on the electrical properties of the materials of which it is made, such as its permittivity, the value of this capacitor being inversely. proportional to this width.
8 Afin de faire varier encore la capacité du condensateur, la face interne 2b' de la paroi extérieure 2b et la face externe 2a' de la paroi intérieure 2a du boitier 1 sont munies d'ailettes, respectivement des premières ailettes 6b et de secondes ailettes 6a.8 In order to further vary the capacitance of the capacitor, the inner face 2b 'of the outer wall 2b and the outer face 2a' of the inner wall 2a of the housing 1 are provided with fins, respectively first fins 6b and second fins 6a.
En référence à la figure 3, les premières ailettes 6b et de secondes 5 ailettes 6a sont agencées, respectivement, sur la face interne 2b' de la paroi extérieure 2b et sur la face externe 2a' de la paroi intérieure 2a de sorte à définir une alternance de premières ailettes 6b et de secondes ailettes 6a dans l'espace E ménagé entre la paroi intérieure 2a et la paroi extérieure 2b.Referring to Figure 3, the first fins 6b and second 5 fins 6a are arranged, respectively, on the inner face 2b 'of the outer wall 2b and on the outer face 2a' of the inner wall 2a so as to define a alternation of first fins 6b and second fins 6a in the space E formed between the inner wall 2a and the outer wall 2b.
Ces ailettes 6a, 6b permettre ainsi d'augmenter la surface entre la paroi intérieure 2a et la paroi 10 extérieure 2b et, par conséquent, la valeur de la capacité du condensateur.These fins 6a, 6b thus make it possible to increase the area between the inner wall 2a and the outer wall 2b and, consequently, the value of the capacitance of the capacitor.
L'espace E ménagé entre la paroi intérieure 2a et la paroi extérieure 2b est configuré pour recevoir une résine diélectrique.The space E formed between the inner wall 2a and the outer wall 2b is configured to receive a dielectric resin.
Cette résine peut être injectée dans le boitier 1, dans un volume V présentant une section en forme de U inversé délimitée par le substrat métallisé 5, la face interne 2b' de la paroi extérieure 2b, la face 15 externe 2a' de la paroi intérieure 2a, le capot supérieur intérieur 3a et la capot supérieur extérieur 3b.This resin can be injected into the housing 1, in a volume V having an inverted U-shaped section delimited by the metallized substrate 5, the internal face 2b 'of the external wall 2b, the external face 2a' of the internal wall. 2a, the inner top cover 3a and the outer top cover 3b.
La résine diélectrique est par exemple injectée à travers un orifice de passage 7 ménagé dans le capot supérieur extérieur 3b et s'écoule dans le volume V défini ci-dessus.The dielectric resin is for example injected through a passage opening 7 made in the upper outer cover 3b and flows into the volume V defined above.
20 Dans le mode de réalisation non illustré selon lequel des trous sont réalisés dans les capots supérieur intérieur 3a et extérieur 3b pour le passage des connectiques électriques liées au substrat métallisé 5, des joints d'étanchéité sont prévus au niveau des connectiques pour empêcher la résine diélectrique de s'écouler dans le module de puissance lors de son injection.In the embodiment not shown in which holes are made in the upper inner 3a and outer 3b covers for the passage of the electrical connectors linked to the metallized substrate 5, seals are provided at the level of the connectors to prevent the resin dielectric to flow into the power module when it is injected.
25 La résine diélectrique est avantageusement une résine pure tel qu'un polymère ferroélectrique, par exemple du poly(fluorure de vinylidène) (connu sous l'acronyme PVDF) présentant une permittivité élevée ou un copolymère ferroélectrique P(VDF-TrFE).The dielectric resin is advantageously a pure resin such as a ferroelectric polymer, for example poly (vinylidene fluoride) (known by the acronym PVDF) having high permittivity or a ferroelectric P copolymer (VDF-TrFE).
La résine diélectrique est de préférence chargée en particules céramiques 30 et/ou en particules métalliques afin d'augmenter la permittivité de la résine et par conséquent la valeur de la capacité du condensateur.The dielectric resin is preferably loaded with ceramic particles and / or metal particles in order to increase the permittivity of the resin and therefore the value of the capacitance of the capacitor.
Dans le cas de ces résines, la 9 réduction de la taille des particules à l'échelle nanométrique permet d'avoir des permittivités élevées avec des taux de chargement faible.In the case of these resins, the reduction in the size of the particles to the nanometric scale makes it possible to have high permittivities with low loading rates.
En effet, plus les particules sont de petite taille, plus la viscosité de la résine est faible, permettant une injection de la résine dans le boitier 1 plus facile et un remplissage du volume V sans bulles 5 d'air.In fact, the smaller the particles, the lower the viscosity of the resin, allowing easier injection of the resin into the housing 1 and filling of the volume V without air bubbles 5.
En effet, le remplissage du volume V compris entre les deux électrodes du condensateur par la résine diélectrique doit être complet et sans présence d'air, de sorte que la résine diélectrique présente préférentiellement une viscosité inférieure à 1000 cP.Indeed, the filling of the volume V between the two electrodes of the capacitor with the dielectric resin must be complete and without the presence of air, so that the dielectric resin preferably has a viscosity of less than 1000 cP.
Les joints 4a, 4b d'attache des capots supérieurs intérieur 3a et extérieur 3b, 10 respectivement sur les parois intérieure 2a et extérieure 2b permettent alors également de réaliser l'étanchéité du boitier 1 lors de l'insertion de la résine diélectrique.The seals 4a, 4b for attaching the upper inner 3a and outer 3b covers, 10 respectively to the inner 2a and outer 2b walls then also make it possible to seal the housing 1 during the insertion of the dielectric resin.
Le procédé de réalisation du boitier 1 comporte une étape d'agencement de la paroi intérieure 2a à l'intérieur de la paroi extérieure 2b sur le substrat métallisé 5 de 15 sorte à ménager un espace E entre la face interne 2b' de la paroi extérieure 2b et la face externe 2a' de la paroi intérieure 2a.The method for producing the housing 1 comprises a step of arranging the inner wall 2a inside the outer wall 2b on the metallized substrate 5 so as to provide a space E between the inner face 2b 'of the outer wall. 2b and the outer face 2a 'of the inner wall 2a.
Le capot supérieur intérieur 3a est appliqué sur la paroi intérieure 2a de sorte à définir un volume intérieur Va et le capot supérieur extérieur 3b est appliqué sur la paroi extérieure 2b de sorte à définir un volume extérieur Vb.The inner top cover 3a is applied to the inner wall 2a so as to define an inner volume Va and the outer top cover 3b is applied to the outer wall 2b so as to define an outer volume Vb.
20 Selon un premier exemple de réalisation, les parois intérieure 2a et extérieure 2b boitier 1 est réalisé par fabrication additive directement sur le substrat métallisé 5, par exemple par la technologie SLM (acronyme de « Selective Laser Melting » en langue anglaise) de fabrication additive, qui consiste à fusionner de la poudre au moyen d'un faisceau de haute énergie tel qu'un faisceau laser.According to a first exemplary embodiment, the inner 2a and outer 2b walls of the housing 1 is produced by additive manufacturing directly on the metallized substrate 5, for example by the SLM technology (acronym for “Selective Laser Melting”) of additive manufacturing. , which consists of fusing powder using a high energy beam such as a laser beam.
En 25 pratique, un lit de poudre est déposé sur un plateau support, ici directement sur le substrat métallisé 5 et est balayé par le faisceau laser pour fabriquer les parois intérieure 2a et extérieure 2b boitier 1, couche par couche, une troisième couche de poudre fusionnée étant disposée au-dessus d'une deuxième couche qui est elle-même disposée au-dessus d'une première couche, assurant ainsi une fixation 30 mécanique et un raccordement électrique sur le substrat métallisé 5.In practice, a bed of powder is deposited on a support plate, here directly on the metallized substrate 5 and is scanned by the laser beam to manufacture the inner 2a and outer 2b housing 1 walls, layer by layer, a third powder layer. fused being disposed above a second layer which is itself disposed above a first layer, thus providing mechanical attachment and electrical connection to the metallized substrate 5.
Les ailettes 6a, 6b sont alors fabriquées en même temps que les parois intérieure 2a et extérieure 2b.The fins 6a, 6b are then manufactured at the same time as the inner 2a and outer 2b walls.
10 Les capots supérieurs intérieur 3a et extérieur 3b sont soit également directement fabriqués, respectivement, sur les parois intérieure 2a et extérieure 2b par fabrication additive, soit fabriqués séparément par toute méthode connue en soi de réalisation de pièces métalliques et rapportés et fixés, respectivement sur les parois 5 intérieure 2a et extérieure 2b par toute méthode de fixation tel que par brasage ou par frittage.10 The inner 3a and outer 3b top covers are either also directly manufactured, respectively, on the inner 2a and outer 2b walls by additive manufacturing, or manufactured separately by any method known per se of making metal parts and attached and fixed, respectively on the inner walls 2a and outer 2b by any fixing method such as by brazing or by sintering.
Selon un autre exemple de réalisation : a) on réalise les parois intérieure 2a et extérieure 2b par toutes méthodes connues de réalisation de pièces métalliques, telles que fonderie, forgeage, 10 usinage ; b) on réalise les capots supérieur intérieur 3a et extérieur 3b également par toutes méthodes connues de réalisation de pièces métalliques ; c) on fixe, le cas échéant, les capots sur les parois respectives d) on rapporte le boitier 1 et on le fixe sur le substrat métallisé 5 par toutes 15 méthodes de fixation mécanique et de raccordement électrique connues, telles que par brasage ou frittage, les étapes a) et b) pouvant être réalisées simultanément et les étapes c) et d) pouvant être interverties.According to another exemplary embodiment: a) the inner 2a and outer 2b walls are produced by any known method for producing metal parts, such as foundry, forging, machining; b) the upper interior 3a and exterior 3b cowls are also produced by any known methods of making metal parts; c) the covers are fixed, if necessary, on the respective walls d) the case 1 is attached and it is fixed on the metallized substrate 5 by any known mechanical fixing and electrical connection methods, such as by brazing or sintering , steps a) and b) being able to be carried out simultaneously and steps c) and d) being able to be inverted.
La paroi intérieure 2a peut être réalisée d'un seul tenant avec le capot 20 supérieur intérieur 3a, et la paroi extérieure 2b peut être réalisée d'un seul tenant avec le capot supérieur extérieur 3b, les étapes a), b) et c) correspondant alors à une seule et même étape.The inner wall 2a can be made in one piece with the inner top cover 3a, and the outer wall 2b can be made in one piece with the outer top cover 3b, steps a), b) and c). then corresponding to one and the same step.
La résine diélectrique est ensuite injectée, sous vide, à travers l'orifice 7 ménagé dans le capot supérieur extérieur 3b dans le volume V correspondant au 25 volume extérieur Vb soustrait du volume intérieur Va (V = Vb - Va) afin d'éviter toute présence d'air entre les électrodes que forment les parois intérieure 2a et extérieure 2b.The dielectric resin is then injected, under vacuum, through the orifice 7 made in the upper outer cover 3b in the volume V corresponding to the external volume Vb subtracted from the internal volume Va (V = Vb - Va) in order to avoid any presence of air between the electrodes formed by the inner 2a and outer 2b walls.
L'ensemble est alors recuit, de manière connue en soi, afin de rigidifier la résine diélectrique.The assembly is then annealed, in a manner known per se, in order to stiffen the dielectric resin.
30 Avec un module de puissance comprenant une telle fonctionnalisation du boitier 1 de sorte à former un condensateur intégré au plus proche des composants 11 de puissance du module, les valeurs estimées de la capacité du condensateur pour une résine en polymère epoxyde (c< epoxy ») sont comprises entre 10nF et 100pF, selon la permittivité de la résine, son épaisseur et la surface des électrodes du condensateur.With a power module comprising such a functionalization of the box 1 so as to form an integrated capacitor as close as possible to the power components 11 of the module, the estimated values of the capacitance of the capacitor for an epoxy polymer resin (c <epoxy " ) are between 10nF and 100pF, depending on the permittivity of the resin, its thickness and the surface of the electrodes of the capacitor.
En effet, les résines composites présentent une tension de rupture 5 plus faible que les résines pures de sorte qu'il est nécessaire d'augmenter l'espace entre les parois intérieure 2a et extérieure 2b (autrement dit la distance entre les électrodes) pour des résines composites afin de maintenir des tensions élevées.Indeed, composite resins have a lower breaking voltage than pure resins so that it is necessary to increase the space between the inner 2a and outer 2b walls (in other words the distance between the electrodes) for composite resins in order to maintain high tensions.
A titre indicatif pour un espacement entre les électrodes de 400pm, autrement dit pour une largeur de l'espace E entre la face interne 2b' de la paroi extérieure 2b et 10 la face externe 2a' de la paroi intérieure 2a de 400pm, pour une résine composite polymère/céramique ou polymère/métal avec une permittivité égale à 200 et une surface d'électrodes de 250 cm2 réalisable sur un boitier 1 de 50 mm de largeur, 50 mm de longueur et 10 mm de hauteur, la capacité calculée est de l'ordre de 110 nF alors que pour une capacité de 100nF, un condensateur film de l'art antérieur mesure 15 28,5 mm de largeur, 41,5 mm de longueur et 16 mm de hauteur.As an indication for a spacing between the electrodes of 400 pm, in other words for a width of the space E between the internal face 2b 'of the external wall 2b and the external face 2a' of the internal wall 2a of 400 pm, for a polymer / ceramic or polymer / metal composite resin with a permittivity equal to 200 and an electrode area of 250 cm2 achievable on a box 1 of 50 mm in width, 50 mm in length and 10 mm in height, the calculated capacity is the order of 110 nF whereas for a capacity of 100 nF, a film capacitor of the prior art measures 28.5 mm in width, 41.5 mm in length and 16 mm in height.
Un tel module de puissance permet de limiter les inductances parasites par rapport aux modules de puissance de l'art antérieur, permet une nette amélioration de la fiabilité aux chocs thermiques et aux vibrations du fait de la constitution du condensateur intégré, ainsi qu'une augmentation de la densité de puissance globale 20 du module de puissance du fait de l'utilisation du même substrat métallisé et du même système refroidisseur pour le module de puissance et le condensateur intégré.Such a power module makes it possible to limit parasitic inductances compared to the power modules of the prior art, allows a marked improvement in the reliability against thermal shocks and vibrations due to the constitution of the integrated capacitor, as well as an increase the overall power density of the power module due to the use of the same metallized substrate and the same cooling system for the power module and the integrated capacitor.
Un tel module électronique de puissance hermétique avec un boitier 1 métallique incluant le condensateur de découplage entre les parois intérieure 2a et extérieure 2b est notamment intéressant pour des applications de type moteur 25 intelligent (de l'anglais cc smart motor ») et, plus particulièrement dans le domaine aéronautique, pour des convertisseurs de puissance à la source de tension permettant de convertir l'énergie électrique du réseau principal (115V AC, 230V AC, 540V DC...) sous plusieurs formes (AC/DC, DC/AC, AC/AC et DC/DC).Such a hermetic power electronic module with a metal casing 1 including the decoupling capacitor between the inner 2a and outer 2b walls is particularly advantageous for applications of the intelligent motor type (from the English cc smart motor ") and, more particularly. in the aeronautical field, for power converters at the voltage source allowing the conversion of electrical energy from the main network (115V AC, 230V AC, 540V DC, etc.) into several forms (AC / DC, DC / AC, AC / AC and DC / DC).
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