WO2019097164A1 - Systeme electronique comprenant un module electronique - Google Patents

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WO2019097164A1
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substrate
electronic
conductive coating
electronic module
ΐqq
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PCT/FR2018/052841
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Hadi ALAWIEH
Menouar Ameziani
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Institut Vedecom
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Definitions

  • the present invention relates to an electronic module as used in the field of power electronics.
  • the invention also relates to an electronic power system comprising such an electronic module, as well as to a method of manufacturing such an electronic power system.
  • Electronic power modules are present in many fields of activity and, in particular, in the field of transport. With the desired energy transition towards renewable energy sources that produce less CO2 emissions, these electronic power modules are expected to respond to increasing economic and technological constraints.
  • the automotive industry is subject to very stringent emission standards for polluting discharges that lead to a real technological change, in particular via the electrification of vehicles whose architectures can be hybrid or completely electric. .
  • hybridization of aircraft engines is also a topic on the agenda for reducing CO2 emissions.
  • the power modules are constructed through a planar arrangement of their various electronic components: the rear faces of the electronic components are fixed on a conductive substrate; and interconnection wires, so-called “bonding wires", establish electrical connections between the front faces of said electronic components and the electrical system in which these power modules are integrated.
  • the substrate provides both an electrical function for electrically feeding the electronic components, and also a thermal interface function in order to limit the temperature rise of the power module related to its operation.
  • this traditional planar architecture is however not optimal in terms of compactness and cost; and it further has other disadvantages.
  • the cooling of the various electronic components of the power module is ensured only by one of their faces.
  • parasitic inductances introduced in particular by the bonding wires and electrical connection strips, generate overvoltages which increase the heat released and which are potentially damaging to the power module, or even destructive.
  • the parasitic inductances created by these planar arcbitectures oppose higher switching frequencies of the power module, while these are favorable to compactness, especially in power converters.
  • power modules offering a three-dimensional arcbitecture in which the various electronic components can be superimposed on each other in order to increase the compactness of these power modules and to reduce parasitic inductances.
  • the various electronic components are not simply distributed on the surface of a plane, but they are distributed within a volume extending from said plane. This advantageous configuration thus makes it possible to reduce manufacturing costs, but accentuates the thermal stresses, especially at the level of the various electronic components whose spatial proximity leads to higher temperature gradients.
  • Such three-dimensional power modules can be cooled by their two opposite faces, as described in particular in US 2016/0005675 A1.
  • each of the faces of the power module is coupled to a heat sink; and the two heat sinks are thermally coupled to each other via a thermal bridge located laterally with respect to the electronic components.
  • the present invention aims to meet at least a large part of the above problems and further lead to other advantages by proposing a new electronic module to optimize the tbermic dissipation produced during its operation.
  • Another object of the present invention is to reduce the manufacturing costs of such an electronic module.
  • Another object of the present invention is to improve the reliability and longevity of such an electronic module system.
  • an electronic module comprising:
  • the at least one thermal bridge is independent of the two substrates.
  • the at least one thermal bridge of the electronic module according to the first aspect of the invention is attached and secured to each substrate.
  • the at least one thermal bridge is not derived from material of one of the two substrates, thus facilitating the implementation of the electronic module according to the first aspect of the invention, and more particularly its manufacture and integration of its various components, including the electronic device.
  • This advantageous configuration also facilitates heat transfer between the first and the second substrate of the electronic module according to the first aspect of the invention, via the at least one thermal bridge.
  • the at least one thermal bridge is configured to optimize heat transfer from the first substrate to the second substrate of the electronic module according to the first aspect of the invention.
  • the electronic module according to the first aspect of the invention is more reliable and robust.
  • the electronic device of the electronic module according to the first aspect of the invention is mechanically and electrically coupled to the first substrate and the second substrate, so as to form an electronic module of the three-dimensional type, as described above.
  • the electronic module according to the first aspect of the invention may advantageously comprise at least one of the improvements below, the technical characteristics forming these improvements can be taken alone or in combination:
  • the electronic module comprises at least one connection pad configured to establish an electrical connection and / or heat between at least one connection terminal of the electronic device and the second substrate.
  • the connection pad comprises a base on which are located two contact terminals, each contact terminal being configured to establish an electrical connection with a corresponding connection terminal of the electronic device.
  • the electrical connection pad comprises a base on which is located at least one contact terminal, each contact terminal being configured to establish an electrical connection with a corresponding connection terminal of the electronic device; the contact terminals extend projecting with respect to a prismatic elongation of the connection pad.
  • each contact terminal has a prismatic or frustoconical shape and extends beyond the prismatic elongation of the connection pad; the contact terminals form at their free end a connection surface intended to be secured, possibly via a connecting material, to a corresponding terminal of the electronic device.
  • the connection surfaces of the contact terminals are plane, and preferably coplanar.
  • the connection pad comprises two contact terminals, each contact terminal having a connection surface; in order to establish an electrical and / or thermal connection with the second substrate, the connection pad comprises an electrical connection face located at an opposite end with respect to the contact terminals of said connection pad.
  • the electrical connection face is advantageously flat.
  • the electrical connection face is parallel to at least one of the contact terminals of the connection pad; the connection pad comprises an electrical connection tab which extends in flange with respect to a face of said connection pad.
  • the electrical connection tab thus facilitates the electrical connection of the electronic device with the second substrate, and more particularly the electrical connection of a connection terminal of said electronic device with the connection pad.
  • the connection pad is advantageously metallic in order to promote electrical conduction.
  • connection pad is made of a material comprising copper
  • the electronic module according to the first aspect of the invention comprises an electrical connector - known by the term "bonding" - between the connecting tab of the connection pad and a connection terminal of the electronic device
  • the first substrate of the electronic module according to the first aspect of the invention comprises (i) an electrical insulator, (ii) a first electrically conductive coating located on a first side of the electrical insulator, said first side being located a opposite side of the electronic device with respect to the first substrate, and (iii) a second electrically conductive coating located on a second side of the electrical insulator, said second side being located on the side of the electronic device; the first and / or second electrically conductive coating of the first substrate is metallic.
  • the first and / or second electrically conductive coating of the first substrate is made of a material comprising copper.
  • the first substrate takes the form of a substrate of the DBC type, acronym for "Direct Bonded Copper".
  • the first substrate takes the form of a substrate of the DBA type, acronym for "Direct Bonded Aluminum”
  • the electrical insulator of the first substrate advantageously takes the form of a dielectric plate formed of an electrically insulating material, such as a ceramic or a polyimide
  • the second electrically conductive coating of the first substrate comprises (i) a first portion and a second portion, each first and second portion being electrically insulated from each other at the second electrically conductive coating of the first substrate, and (ii) a medial portion located between the first and the second portion and electrically isolated from the first and second portions at the second electrically conductive coating of the first substrate; the first part, the second part and the middle part of the second electrically conductive coating of the first substrate are advantageously all planar and / or all
  • the through opening is advantageously circular and / or said through opening is located at a center of the electrical connection tab;
  • the second substrate comprises an electrically conductive coating, a first face of said second substrate located on the side of the electronic device being at the same electrical potential as a second face of the second substrate located on the opposite side to said electronic device with respect to said second substrate;
  • the electrically conductive coating of the second substrate is metallic.
  • the electrically conductive coating of the second substrate is made of a material comprising copper;
  • the electrically conductive coating of the second substrate comprises (i) a first portion and a second portion, each first and second portion being electrically coupled to each other at the electrically conductive coating of the second substrate, and (ii) a portion of median located between the first and the second portion and electrically coupled to the first and second portion at the electrically conductive coating of the second substrate;
  • the middle portion of the conductive coating of the second substrate comprises an electrical connection tab which extends laterally projecting from the second substrate;
  • the electrical connecting lug of the middle portion of the conductive coating of the second substrate has a polygonal shape, and in particular rectangular, even square;
  • the electrical connection tab of the middle portion of the conductive coating of the second substrate comprises a through opening to facilitate the connection of an electrical connection wire.
  • the through opening is advantageously circular and / or said through opening is located at a center of the electrical connection tab; the electrical connection tab of the middle portion of the conductive coating of the second substrate extends in a lateral direction opposite to the electrical connection tab of the middle portion of the first substrate.
  • the second substrate comprises fastening means intended to allow two electronic modules according to the first aspect of the invention to be secured together;
  • the fastening means of the second substrate take the form of through openings located on each first portion and second portion of the conductive coating of the second substrate, each through opening being located on a fastening tab which extends laterally projecting from said corresponding first and second parts;
  • each first and second portion of the conductive coating of the second substrate comprises two fastening tabs which extend laterally projecting from a longitudinal elongation edge of said second substrate;
  • the at least one thermal bridge comprises (i) a first thermal bridge located between the first portion of the second conductive coating of the first substrate and the first portion of the conductive coating of the second substrate, and (ii) a second thermal bridge located between the second part of the second conductive coating of the first substrate and the second portion of the conductive coating of the second substrate; each thermal bridge of the electronic module according to the first aspect of the invention is fixed integrally on the first substrate and on the second substrate of said electronic module.
  • each end of the at least one thermal bridge in contact with the first substrate and the second substrate is brazed respectively on said first substrate and on said second substrate; each at least one thermal bridge is formed of a thermally conductive material.
  • the thermally conductive material is preferably selected from those having a coefficient of thermal conductivity greater than or equal to 20 W / m / K at 20 ° C.
  • the material forming each at least one thermal bridge is metallic, such as for example copper or aluminum; the electronic module according to the first aspect of the invention comprises a first heat sink in thermal coupling with the first substrate.
  • the thermal coupling between the first substrate and the first heat sink is of the type of a direct or indirect thermal coupling, in particular via an intermediate material located between the first heat sink and the first substrate, said intermediate material being type of a thermal conductor, for example a thermal paste;
  • the heat sink comprises a plurality of fins which extend in a direction opposite to the electronic device with respect to the first substrate;
  • the heat sink is formed of a thermally conductive material.
  • the thermally conductive material is preferably selected from those having a coefficient of thermal conductivity greater than or equal to 20 W / m / K at 20 ° C.
  • the material forming the heat sink is metallic, such as for example aluminum;
  • the electronic device of the electronic module according to the first aspect of the invention is arranged to function as a switch, said electronic device being configured to be able to take at least (i) a conducting conduction state in which said electronic device is equivalent to a circuit closed, and (ii) a blocking conduction state wherein said electronic device is equivalent to an open circuit;
  • the electronic device of the electronic module according to the first aspect of the invention comprises at least one power component, such as for example a power transistor, in particular the type of a OSFET - English acronym for "Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor Which translates to a cfiamp effect transistor with a metal-oxide-semiconductor structure, of a 1GBT-acronym for "lnsulated-Gate Bipolar Transistor" which results in insulated gate bipolar transistor, or a GTO - acronym English for "Turn-Off Tbyristor Turn
  • an electronic power system comprising:
  • the second substrate of the first electronic module The second substrate of the first electronic module.
  • the second substrate of the second electronic module is the second substrate of the second electronic module.
  • the electronic power system according to the second aspect of the invention may advantageously comprise at least one of the improvements below, the technical characteristics forming these improvements can be taken alone or in combination:
  • the third substrate takes the form of a plate.
  • the third substrate is formed of a tbermally conductive and electrically conductive material.
  • the thermally conductive material is preferably selected from those having a thermal conductivity coefficient greater than or equal to 20 W / m / K at 20 ° C.
  • the material forming the third substrate is metallic, such as for example aluminum or copper;
  • the third substrate comprises an electrical connection lug which extends laterally bors projection of said third substrate.
  • the electrical connection tab of the third substrate has a polygonal shape, and in particular rectangular, or even square.
  • the electrical connection tab of the third substrate is located in a median position relative to a longitudinal elongation of said third substrate;
  • the electrical connection tab of the third substrate comprises a through opening to facilitate the connection of an electrical connection wire.
  • the through opening is advantageously circular and / or said through opening is located at a center of the electrical connection tab of the third substrate;
  • the third substrate of the electronic power system according to the second aspect of the invention comprises complementary fastening means collaborating with the fastening means of the first and second substrates to fix the two electronic modules of said electronic power system;
  • the complementary fastening means of the third substrate take the form of through openings located on either side of the electrical connection tab, each through opening being located on a fastening tab which extends laterally projecting from said corresponding first and second parts.
  • the third substrate of the electronic power system according to the second aspect of the invention comprises two pairs of fastening tabs which extend laterally projecting from a longitudinal elongation edge of said second substrate, each pair of legs fastener being located on a longitudinal edge of said third substrate;
  • the third substrate comprises a device for transporting calories from a hot spot to a cold spot;
  • the caloric transport device of the electronic system according to the second aspect of the invention comprises at least one heat pipe passing through the third substrate from a first end to a second end. More particularly, according to a first variant embodiment, the at least one heat pipe passes through the third substrate of the electronic system between two longitudinal ends of said third substrate, said at least one heat pipe extending longitudinally between said longitudinal ends.
  • the at least one heat pipe passes through the third substrate between two lateral ends of said third substrate, said at least one heat pipe extending laterally between said lateral ends;
  • the electronic device of each electronic module forms a half-bridge of an inverter arm, the half-bridge of the first electronic module being electrically connected to the corresponding half-bridge of the second electronic module at an intermediate point.
  • the intermediate point connecting the corresponding half-bridges of each electronic module is an equipotential point connecting a first terminal of the power component of the first electronic module to a second terminal of the second power component of the second electronic module.
  • the first terminal of said power component is advantageously a source terminal and the second terminal of the power component is a drain terminal.
  • the first and / or the second electronic module may be manufactured using lithography techniques, in particular to manufacture the electronic device on the first and / or second substrate.
  • the third substrate may advantageously be secured to the electronic modules by any means of attachment, and in particular by means of a system of screws and nuts collaborating with the fixing lugs of each electronic module and such that previously described.
  • FIGURE lA illustrates an exploded perspective view of an embodiment of an electronic system according to the second aspect of the invention and comprising two electronic modules according to the first aspect of the invention;
  • FIGURE IB illustrates a perspective view of the electronic assembly illustrated in FIGURE lA
  • FIGURE 2A illustrates a longitudinal sectional view of the electronic system illustrated in FIGURE IB;
  • FIGURE 2B illustrates a cross-sectional view of the electronic system illustrated in FIGURE IB;
  • FIGURE 3 illustrates a bond pad used to connect the electronic device to the second substrate of the electronic module according to the first aspect of the invention.
  • FIGURES 1A, 1B, 2A and 2B an exemplary embodiment of an electronic system 10 according to the second aspect of the invention is described, as well as an electronic module 100 compliant in the first aspect of the invention. If, in these FIGURES, the electronic module 100 is described in the context of the electronic system 10, the characteristics described for said electronic module 100 are however independent of its integration with said electronic system 10.
  • the electronic system 10 described in FIGURES comprises:
  • a third substrate 200 in tbermique and electrical coupling with a second substrate 140 of the first electronic module 100 on the one hand, and with a second substrate 140 of the second electronic module 100 on the other.
  • the electronic system 10 comprises two electronic modules 100 mounted symmetrically around the third substrate 200, so that said third substrate 200 is sandwiched between the two electronic modules, at their level. second substrate 140 respective.
  • the third substrate 20 is more particularly in the form of a plate, preferably made of a tbermically and electrically conductive material, such as a metallic material, for example copper or aluminum.
  • the third substrate 200 also includes a calorie transporting device 210 that extends longitudinally between two lateral ends of said third substrate 200, said calorie transporting device 210 extending within the third substrate 200, as visible on the third FIGURES 2A and 2B.
  • the device 210 for transporting calories advantageously comprises at least one - and preferably two as illustrated in FIGS. 2A and 2B - heat pipe (s) passing through the third substrate 200 from a first longitudinal end to a second longitudinal end. This advantageous configuration makes it possible to extract the calories that are produced by each electronic module 100 at the level of the second substrate 140.
  • the third substrate 200 also includes an electrical connector lug 2005 that extends laterally out of said third substrate 200.
  • the electrical connector lug 2005 of the third substrate 200 is rectangular in shape.
  • the electrical connection lug 2005 of the third substrate 200 comprises a through opening 2006, preferentially circular and located at a center of said electrical connection lug 2005, as visible on the
  • the electronic modules 100 forming the electronic system 10 may all be identical or different, depending on the recfiercfiés effects. In the following paragraphs and FIGURES, all the electronic modules 100 forming the electronic system 10 are all identical and assembled in a symmetrical configuration with respect to the third substrate 200.
  • Each electronic module 100 comprises:
  • first substrate 120 thermally and / or electrically conductive
  • - Monthly a thermal bridge 130 configured to transfer heat between the first substrate 120 and second substrate 140, said at least one thermal bridge 130 being independent of the two substrates 120, 140, that is to say attached and fixed integrally to the two substrates 120, 140.
  • the electrical module 100 comprises two thermal bridges 130, each thermal bridge 130 being located at a longitudinal end of said control module 100, in a configuration symmetrical with respect to a median transverse axis of said electronic module 100.
  • the first substrate 120 of the electronic module 100 comprises an electrical insulator 122 sandwiched between:
  • first electrically conductive coating 121 located on a first side of the electrical insulator 122, said first side being located on a side opposite to the electronic device 180 relative to the first substrate 120, and
  • the first 121 and second 123 electrically conductive coating of the first substrate 120 are metallic.
  • the first substrate 120 takes the form of a substrate of the DBC or DBA type, as described above; and the first 121 and second 123 electrically conductive coating of the first substrate 120 form metal tracks on the surface of the electrical insulator 122.
  • the electrical insulator 122 of the first substrate 120 advantageously takes the form of a dielectric plate formed of an electrically insulating material, such as a ceramic or a polyimide.
  • the second electrically conductive coating 123 of the first substrate 120 comprises:
  • first portion 123a and the second portion 123c of the second electrically conductive coating 123 of the first substrate 120 form two electrical tracks independent of each other;
  • the middle part 123b forms an electric track independent of the first part 123a and the second part 123c of the second electrically conductive coating 123 of the first substrate 120.
  • the first portion 123a of the second conductive coating 123 is symmetrically located at a first lateral portion 1211 of the first conductive coating 121 relative to the electrical insulator
  • the first lateral portion 1211 of the first conductive coating 121 have a substantially perpendicular shape and extend laterally between the two lateral ends of the electrical module 100.
  • the first portion 123a of the second conductive coating 123 and the first lateral portion 1211 of the first conductive coating 121 extend vertically above the first thermal bridge 130 of the electronic module 100.
  • the second portion 123b of the second conductive coating 123 is located symmetrically with a second lateral portion 1213 of the first conductive coating 121 relative to the electrical insulator 122 of the first substrate 120.
  • the second portion 123b of the second conductive coating 123 and the second lateral portion 1213 of the first conductive coating 121 have a substantially perpendicular shape and extend laterally between the two lateral ends of the electrical module 100.
  • the second portion 123b of the second conductive coating 123 and the second lateral portion 1213 of the first conductive coating 121 extend perpendicular to the second thermal bridge 130 of the electronic module 100.
  • the first substrate 120 is advantageously plane. Subsequently, the first conductive coating 121, the second conductive coating 123 and the electrical insulator 122 are respectively advantageously planar. As seen in FIG. 2A, the first portion 123a, the second portion 123c and the middle portion 123b of the second electrically conductive coating 123 of the first substrate 120 are all coplanar to facilitate electrical connection with the electronic device 180.
  • the middle portion 123b of the second conductive coating 123 of the first substrate 120 comprises an electrical connection lug 1235 which extends laterally projecting from the first substrate 120.
  • the electrical connection tab 1235 of the middle portion 123b of the second conductive coating 123 of the first substrate 120 is rectangular in shape and includes a through opening 1236 to facilitate the connection of a wire. electrical connection, for example by brazing.
  • the through opening 1236 is advantageously circular and located at a center of the electrical connection lug 1235.
  • the second substrate 140 of the electronic module 100 comprises an electrically conductive coating 145, preferably metallic, such as for example copper. Subsequently, a first face of said second substrate 140 located on the side of the electronic device 180 is at the same electrical potential as a second face of the second substrate 140 located on the opposite side to said electronic device 180 with respect to said second substrate 140.
  • This advantageous configuration allows to facilitate the electrical interconnection of the electronic module 100 with the third substrate 200 when said electronic module 100 is assembled in an electrical system 10 as described above.
  • the electrically conductive coating 145 comprises a first portion 1411 and a second portion 1413 each located at a longitudinal end of the second substrate 140.
  • first and second portions 14H, 1413 are electrically coupled to each other, the electrically conductive coating 145 of the second substrate 140 extending continuously between the two longitudinal ends of the second substrate 140.
  • the electrically conductive coating 145 also comprises on the side of the second face of the second substrate 140 of the electronic module 100 according to the first aspect of the invention, a middle portion 1412 located between the first and the second portion 14H, 1413 ⁇
  • the middle portion 1412 is of course electrically coupled to the first and second part 14H, 1413 due to the continuity of the electrically conductive coating 145 of the second substrate 140 between its two longitudinal ends.
  • the electrically conductive coating 145 of the second substrate 140 includes an electrical connection tab 1405 that extends laterally projecting from the second substrate 140.
  • the electrical connection tab 1405 of the electrically conductive coating 145 of the second substrate 140 has a rectangular shape and comprises a through opening 1406 to facilitate the connection of an electrical connection wire.
  • the electrical connection lug 1405 of the electrically conductive coating 145 of the second substrate 140 extends in a lateral direction opposite to the electrical connection lug 1235 of the middle portion 123b of the first substrate 120.
  • each electronic module 100 comprises at least one thermal bridge 130 in order to optimize the cooling of said electronic module 100 during its operation.
  • each electronic module 100 comprises:
  • first thermal bridge 130 located between the first portion 123a of the second conductive coating 123 of the first substrate 120 and a portion facing the conductive coating 145 of the second substrate 140;
  • Each thermal bridge 130 of the electronic module 100 according to the first aspect of the invention is fixed integrally on the first substrate 120 and on the second substrate 140 via solder 150 or any electrically conductive material and / or or thermally conductive, said material being configured to allow each thermal bridge 130 to be bonded to each other with the first 120 and the second 140 substrate, respectively.
  • This advantageous configuration makes it possible in particular to facilitate the assembly of the electronic module 100 by adapting a thickness of electrically conductive material or solder, said thickness being taken in a direction simultaneously perpendicular to the longitudinal and transverse directions previously described.
  • Each thermal bridge 130 is formed or comprises a thermally conductive material, so that effective thermal conduction can be established between the first 120 and the second substrate.
  • the thermally conductive material is preferably selected from those having a coefficient of thermal conductivity greater than or equal to 20 W / m / K at 20 ° C, such as for example copper or aluminum.
  • each electronic module 100 also comprises a heat sink 110 in thermal coupling with the corresponding substrate.
  • the electronic module according to the first aspect of the invention comprises a heat sink 110 in thermal coupling with the first substrate 120.
  • the thermal coupling between the heat sink 110 and the corresponding substrate is of the type of a direct or indirect thermal coupling, in particular via an intermediate material located between the first heat sink and the first substrate, said intermediate material being type of a thermal conductor, for example a thermal paste or a thermal glue.
  • the heat sink 110 is formed of a thermally conductive material chosen from those having a conductivity coefficient thermal greater than or equal to 20 W / m / K at 20 ° C, such as for example metal materials, for example aluminum.
  • the electronic module 100 thus forms a three-dimensional electronic module as described above. Subsequently, between the first 120 and second 140 substrates, the electronic module 100 comprises the electronic device 180.
  • the electronic module 100 is arranged to function as a switch with two conduction states.
  • the electronic device 180 comprises a plurality of power components 180a-18d, such as for example at least one power transistor, in particular of the type of an OSFET, a 1GBT or a GTO as described above.
  • the power components 180a-18d advantageously form at least partly an inverter and / or at least partly a bridge rectifier in order to be able to convert an alternating voltage into a DC voltage or vice versa.
  • the power components 180a-18od collectively form a DC-DC converter.
  • the electronic device 180 of each electronic module 100 forms a half-bridge of an inverter arm, the half-bridge of the first electronic module 100 being electrically connected to the half-bridge.
  • corresponding bridge of the second electronic module 100 at an intermediate point connecting a first terminal of a power component 180a-l8od of the first electronic module 100 to a second terminal of a second power component 180a-l8od of the second electronic module.
  • the first terminal of the power component 180a-18d is advantageously a source terminal and the second terminal of the power component 180a-180b.
  • l8od is a drain terminal.
  • the power components 180a-18d of the electronic device 180 are interfaced by the substrates 120, 140 of the electronic module 100.
  • each electronic module 100 comprises an electrical connection member 170 for electrically powering the terminals of at least a portion of the power components 180a-180 of the electronic device 180, said electrical connection member 170 comprising a first 171 and a second 172 electric track.
  • the electrical connection member 170 is integrally fixed to the first substrate 120, and more particularly to the second conductive coating 123. More particularly still, the electrical connection member 170 is fixed integrally to the middle portion 123b of the second conductive coating 123.
  • the electronic power system 10 according to the second aspect of the invention is assembled through the following different steps:
  • said third substrate 200 comprises complementary fixing means 2007 collaborating with fixing means 1407 of the second substrate 140 of each electronic module 100.
  • the complementary fixing means 2007 of the third substrate 200 take the form of a fastening tab 2017 which extends laterally projecting with respect to the third substrate 200.
  • the third substrate 200 comprises four fastening tabs 2017 located near each corner of the third substrate 200. More particularly, the third substrate 200 comprises (i) a first pair of fastening tabs 2017, each fastening tab 2017 of said first pair being located at the one of the longitudinal ends of a first longitudinal edge of said third substrate 200, and (ii) a second pair of fastening lugs 2017, each fastening tab 2017 of said second pair being located at one of the longitudinal ends of a second longitudinal edge of said third substrate 200.
  • each fastening tab 2017 are located symmetrically relative to each other. at a median lateral plane of the third substrate 200; and each fastening tab 2017 of a first pair is located symmetrically to a fastening tab 2017 of the second pair with respect to a median longitudinal plane of the third substrate 200.
  • each bracket 2017 of the third substrate 200 comprises a through opening 2008.
  • the fastening means 1407 of the second substrate 140 of each electronic module 100 preferably comprise at least one fixing lug 1417 which extends laterally projecting with respect to the second substrate 140.
  • each fixing lug 1417 is formed by an outgrowth of the electrically conductive coating 145 of the second substrate 140.
  • the second substrate 140 comprises four fastening tabs 1417 located near each corner of the second substrate 140. More particularly, the second substrate 140 comprises (i) a first pair of tabs 1417, each bracket 1417 of said first pair being located at one of the longitudinal ends of a first longitudinal edge of said second substrate 140, and (ii) a second pair of brackets 1417, each bracket of fixing 1417 of said second pair being located at one of the longitudinal ends of a second longitudinal edge of said second substrate 140.
  • each pair the fixing lugs 1417 are located symmetrically with respect to a medial lateral plane of the second substrate 140; and each bracket 1417 of a first pair is located symmetrically with a bracket 1417 of the second pair with respect to a median longitudinal plane of the second substrate 140.
  • each bracket 1417 comprises a through opening 1418.
  • the electronic module 100 comprises at least one connection pad 160 configured to establish an electrical connection between at least one connection terminal of the electronic device 180 and the second substrate 140.
  • connection pad 160 is metallic in order to promote electrical conduction.
  • connection pad 160 has a generally prismatic shape and comprises a base 168 of rectangular shape in the example illustrated in FIG. 3 ⁇
  • the shape of the base 168 may be arbitrary depending on the implantation of the electronic device 180 and / or electronic components 18l with which the connection pad 160 collaborates.
  • the connection pad 160 is thus delimited laterally between a first and a second lateral face 166, 167. In a direction perpendicular to its base 168, the connection pad extends to an electrical connection face 165 located at one end. opposite to the base 168 of said connection pad 160 to establish an electrical connection and / or tbermique with the second substrate 140 of the electronic module 100 according to the first aspect of the invention.
  • the base 168 of the electrical connection pad 160 comprises two contact terminals 16, 162, each contact terminal 116, 162 making it possible to establish an electrical connection with a corresponding connection terminal of the electronic device 180 with which said connection pad 160 collaborates. .
  • the contact terminals 16, 162 form at their free end a connecting surface in order to be secured, possibly via a connecting material, to a corresponding terminal of the electronic device 180.
  • connection surfaces of the contact terminals 16, 162 are flat and coplanar.
  • electrical connection face 165 is flat and parallel to the contact terminals 16, 162 of the connection pad 160.
  • the contact terminals 16, 162 extend protruding from a prismatic elongation of the connection pad 160 and its base 168, each contact terminal 16, 162 having a prismatic shape.
  • connection pad 160 illustrated in FIG. 3 also includes an electrical connection tab 163 which extends in flange with respect to a face of the connection pad 160. More particularly, the electrical connection tab 163 extends between the two lateral faces 166, 167 of the connection pad 160 and in a direction simultaneously perpendicular to a direction normal to the lateral faces of said connection pad 160 and to a direction normal to the base 168 of said electrical connection pad 160.
  • the electrical connection tab takes the form of a prismatic elongation which protrudes between the two lateral faces 1667, 167 of the connection pad 160.
  • the electrical connection tab 163 thus makes it possible to facilitate the electrical connection of the electronic device 180 with the second substrate 140 of the electronic module 100 according to the first aspect of the invention, in particular by facilitating the electrical connection by bonding of a terminal of connection of said electronic device 180 with said electrical connection tab 163 of the connection pad 160.
  • the invention particularly relates to a three-dimensional electronic module 100 comprising an electronic device 180 housed between a first 120 and a second 140 substrate, said first 120 and second substrate 140 being electrically and / or tbermally interconnected by at least one - and preferably two - thermal bridges 130 reported and fixed integrally to said first 120 and second 140 substrates.
  • the invention also relates to an electronic system 10 comprising at least two electronic modules 100 mounted one facing each other so as to sandwich a third substrate 200 in contact with their second substrate 140 respectively.
  • the third substrate 200 is configured to provide thermal and electrical coupling between the two electronic modules 100 via their second substrate 140.

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Abstract

L'invention concerne un module électronique (100) tridimensionnel comprenant un dispositif électronique (180) logé entre un premier (120) et un deuxième (140) substrat, ledit premier (120) et deuxième (140) substrat étant reliés électriquement et/ou thermiquement entre eux par au moins un et préférentiellement deux –ponts thermiques (130) rapportés et fixés solidairement auxdits premier (120) et deuxième (140) substrats. L'invention concerne aussi un système électronique (10) comprenant au moins deux modules électroniques (100) montés l'un en regard de l'autre de manière à prendre en sandwich un troisième substrat (200) en contact contre leur deuxième substrat (140) respectivement. Le troisième substrat (200) est configuré pour assurer un couplage thermique et électrique entre les deux modules électroniques (100) par l'intermédiaire de leur deuxième substrat (140).

Description

SYSTEME ELECTRONIQUE COMPRENANT UN MODULE ELECTRONIQUE
La présente invention revendique la priorité de la demande française 1760846 déposée le 17 novembre 2017 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
Domaine technique
La présente invention concerne un module électronique tel qu’utilisé dans le domaine de l’électronique de puissance. L’invention concerne aussi système électronique de puissance comprenant un tel module électronique, ainsi qu’un procédé de fabrication d’un tel système électronique de puissance.
État de la technique antérieure
Les modules électroniques de puissance sont présents dans de nombreux domaines d’activité et, en particulier, dans le domaine des transports. Avec la transition énergétique souhaitée vers des sources d'énergies renouvelables moins productrices d’émissions de CÛ2, ces modules électroniques de puissance sont appelés à répondre à des contraintes économiques et technologiques croissantes. En particulier, dans le domaine des transports, l’industrie automobile est soumise à des normes d’émission de rejets polluants très contraignantes qui conduisent à une véritable mutation technologique, notamment via l’électrification des véhicules dont des architectures peuvent être hybrides ou complètement électriques. Complémentairement, l’hybridation des moteurs d’avion est aussi un sujet à l’ordre du jour pour la réduction des émissions de C02.
Traditionnellement, les modules de puissance sont construits au travers d’une disposition planaire de leurs différents composants électroniques : les faces arrière des composants électroniques sont fixées sur un substrat conducteur ; et des fils d’interconnexion, dits « fils de bonding », établissent des liaisons électriques entre les faces avant desdits composants électroniques et le système électrique dans lequel ces modules de puissance sont intégrés. Afin de garantir un fonctionnement optimal, le substrat assure à la fois une fonction électrique afin d’alimenter électriquement les composants électroniques, mais aussi une fonction d’interface thermique afin de limiter l’élévation de température du module de puissance lié à son fonctionnement.
Bien que fonctionnelle, cette architecture planaire traditionnelle n’est pourtant pas optimale en termes de compacité et de coût ; et elle présente en outre d’autres inconvénients. Ainsi, le refroidissement des différents composants électroniques du module de puissance n’est assuré que par une seule de leurs faces. Par ailleurs, les inductances parasites, introduites notamment par les fils de bonding et des rubans de connexion électrique, génèrent des surtensions qui accroissent la chaleur dégagée et qui sont potentiellement dommageables pour le module de puissance, voire destructrices. Enfin, les inductances parasites créées par ces arcbitectures planaires s’opposent à des fréquences de commutation plus élevées du module de puissance, alors que celles-ci sont favorables à la compacité, notamment dans les convertisseurs de puissance.
On connaît aussi des modules de puissance proposant une arcbitecture tridimensionnelle dans laquelle les différents composants électroniques peuvent être superposés les uns aux autres afin d’augmenter la compacité de ces modules de puissance et de réduire les inductances parasites. Dans ce cas, les différents composants électroniques se sont pas simplement répartis à la surface d’un plan, mais ils sont répartis à l’intérieur d’un volume s’étendant à partir dudit plan. Cette configuration avantageuse permet ainsi de réduire les coûts de fabrication, mais accentue les contraintes tbermiques, notamment au niveau des différents composants électroniques dont la proximité spatiale entraîne des gradients de température plus élevés.
De tels modules de puissance tridimensionnels peuvent être refroidis par leurs deux faces opposées, comme décrit notamment dans US 2016/0005675 Al. Dans ce cas, chacune des faces du module de puissance est couplée à un dissipateur thermique ; et les deux dissipateurs tbermiques sont couplés thermiquement entre eux par l’intermédiaire d’un pont thermique situé latéralement par rapport aux composants électroniques.
L’inconvénient d’un tel module de puissance est un refroidissement non optimal, voire insuffisant lorsque de tels modules de puissance sont assemblés pour former des systèmes électroniques plus complexes. Complémentairement, la configuration du module de puissance et de son pont thermique peuvent conduire à des difficultés d’assemblage et à des surcoûts lors de sa fabrication.
La présente invention a pour objet de répondre au moins en grande partie aux problèmes précédents et de conduire en outre à d’autres avantages en proposant un nouveau module électronique permettant d’optimiser les dissipations tbermiques produites durant son fonctionnement.
Un autre but de la présente invention est de réduire les coûts de fabrication d’un tel module électronique.
Un autre but de la présente invention est d’améliorer la fiabilité et la longévité d’un tel système module électronique.
Exposé de l’invention Selon un premier aspect de l’invention, on atteint au moins l’un des objectifs précités avec un module électronique comprenant :
— un premier substrat tbermiquement conducteur ;
— un deuxième substrat électriquement conducteur ;
— un dispositif électronique interposé entre les deux substrats ;
— au mois un pont thermique configuré pour transférer des calories entre le premier substrat et le deuxième substrat.
Dans le module électronique conforme au premier aspect de l’invention l’au moins un pont thermique est indépendant des deux substrats.
En d’autres termes, l’au moins un pont thermique du module électronique conforme au premier aspect de l’invention est rapporté et fixé solidairement à chaque substrat. Ainsi, contrairement à l’art antérieur connu, l’au moins un pont thermique n’est pas issu de matière de l’un des deux substrats, facilitant ainsi la mise en œuvre du module électronique conforme au premier aspect de l’invention, et plus particulièrement sa fabrication et l’intégration de ses différents composants, notamment le dispositif électronique.
Cette configuration avantageuse permet aussi de faciliter les transferts thermiques entre le premier et le deuxième substrat du module électronique conforme au premier aspect de l’invention, via l’au moins un pont thermique. Préférentiellement, l’au moins un pont thermique est configuré pour optimiser un transfert thermique depuis le premier substrat vers le deuxième substrat du module électronique conforme au premier aspect de l’invention.
Consécutivement, le module électronique conforme au premier aspect de l’invention est plus fiable et robuste.
Le dispositif électronique du module électronique conforme au premier aspect de l’invention est couplé mécaniquement et électriquement au premier substrat et au deuxième substrat, de manière à former un module électronique du type tridimensionnel, tel que décrit précédemment.
Le module électronique conforme au premier aspect de l’invention peut comprendre avantageusement au moins un des perfectionnements ci-dessous, les caractéristiques techniques formant ces perfectionnements pouvant être prises seules ou en combinaison :
— le module électronique conforme au premier aspect de l’invention comprend au moins un plot de connexion configuré pour établir une connexion électrique et/ou thermique entre au moins une borne de connexion du dispositif électronique et le deuxième substrat. Cette configuration permet de faciliter l’interconnexion électrique du dispositif électronique et/ou de ses composants électroniques, tels qu’ils seront décrits ci-après ; le plot de connexion comprend une base sur laquelle sont situées deux bornes de contact, chaque borne de contact étant configurée pour établir une connexion électrique avec une borne de connexion correspondante du dispositif électronique. D’une manière générale, le plot de connexion électrique comprend une base sur laquelle est située au moins une borne de contact, chaque borne de contact étant configurée pour établir une connexion électrique avec une borne de connexion correspondante du dispositif électronique ; les bornes de contact s’étendent en saillie par rapport à une élongation prismatique du plot de connexion. En d’autres termes, chaque borne de contact a une forme prismatique ou tronconique et s’étend au-delà de l’élongation prismatique du plot de connexion ; les bornes de contact forment à leur extrémité libre une surface de connexion destinée à être solidarisée, éventuellement par l’intermédiaire d’un matériau de liaison, à une borne correspondante du dispositif électronique. Préférentiellement, les surfaces de connexion des bornes de contact sont planes, et préférentiellement coplanaires. De manière avantageuse, le plot de connexion comprend deux bornes de contact, chaque borne de contact présentant une surface de connexion ; afin d’établir une connexion électrique et/ou thermique avec le deuxième substrat, le plot de connexion comprend une face de connexion électrique située à une extrémité opposée par rapport aux bornes de contact dudit plot de connexion. La face de connexion électrique est avantageusement plane. Préférentiellement, la face de connexion électrique est parallèle à au moins une des bornes de contact du plot de connexion ; le plot de connexion comprend une languette de connexion électrique qui s’étend en saille par rapport à une face dudit plot de connexion. La languette de connexion électrique permet ainsi de faciliter la connexion électrique du dispositif électronique avec le deuxième substrat, et plus particulièrement le raccordement électrique d’une borne de connexion dudit dispositif électronique avec le plot de connexion. le plot de connexion est avantageusement métallique afin de favoriser la conduction électrique. Préférentiellement, le plot de connexion est réalisé dans un matériau comprenant du cuivre ; le module électronique conforme au premier aspect de l’invention comprend un connecteur électrique— connu sous le terme de « bonding » - entre la languette de connexion du plot de connexion et une borne de connexion du dispositif électronique ; le premier substrat du module électronique conforme au premier aspect de l’invention comprend (i) un isolant électrique, (ii) un premier revêtement électriquement conducteur situé d’un premier côté de l’isolant électrique, ledit premier côté étant situé d’un côté opposé au dispositif électronique par rapport au premier substrat, et (iii) un deuxième revêtement électriquement conducteur situé d’un deuxième côté de l’isolant électrique, ledit deuxième côté étant situé du côté du dispositif électronique ; le premier et/ou le deuxième revêtement électriquement conducteur du premier substrat est métallique. Préférentiellement, le premier et/ou le deuxième revêtement électriquement conducteur du premier substrat est réalisé dans un matériau comprenant du cuivre. En particulier, le premier substrat prend la forme d’un substrat du type DBC, acronyme anglais pour « Direct Bonded Copper ». Eventuellement, le premier substrat prend la forme d’un substrat du type DBA, acronyme anglais pour « Direct Bonded Aluminium » ; l’isolant électrique du premier substrat prend avantageusement la forme d’une plaque diélectrique formée dans un matériau électriquement isolant, tel qu’une céramique ou un polyimide ; le deuxième revêtement électriquement conducteur du premier substrat comprend (i) une première partie et une deuxième partie, chaque première et deuxième partie étant électriquement isolée l’une de l’autre au niveau du deuxième revêtement électriquement conducteur du premier substrat, et (ii) une partie médiane située entre la première et la deuxième partie et électriquement isolée de la première et de la deuxième partie au niveau du deuxième revêtement électriquement conducteur du premier substrat ; la première partie, la deuxième partie et la partie médiane du deuxième revêtement électriquement conducteur du premier substrat sont avantageusement toutes planes et/ou toutes coplanaires entre elles ; la partie médiane du deuxième revêtement conducteur du premier substrat comprend une patte de connexion électrique qui s’étend latéralement en saillie bors du premier substrat ; la patte de connexion électrique de la partie médiane du deuxième revêtement conducteur du premier substrat a une forme polygonale, et notamment rectangulaire, voire carré ; la patte de connexion électrique de la partie médiane du deuxième revêtement conducteur du premier substrat comprend une traversante afin de faciliter la connexion d’un fil de connexion électrique. L’ouverture traversante est avantageusement circulaire et/ou ladite ouverture traversante est située au niveau d’un centre de la patte de connexion électrique ; le deuxième substrat comprend un revêtement électriquement conducteur, une première face dudit deuxième substrat située du côté du dispositif électronique étant à un même potentiel électrique qu’une deuxième face du deuxième substrat située du côté opposé audit dispositif électronique par rapport audit deuxième substrat ; le revêtement électriquement conducteur du deuxième substrat est métallique. Préférentiellement, le revêtement électriquement conducteur du deuxième substrat est réalisé dans un matériau comprenant du cuivre ; le revêtement électriquement conducteur du deuxième substrat comprend (i) une première partie et une deuxième partie, chaque première et deuxième partie étant électriquement couplée l’une à l’autre au niveau du revêtement électriquement conducteur du deuxième substrat, et (ii) une partie médiane située entre la première et la deuxième partie et électriquement couplée à la première et à la deuxième partie au niveau du revêtement électriquement conducteur du deuxième substrat ; la partie médiane du revêtement conducteur du deuxième substrat comprend une patte de connexion électrique qui s’étend latéralement en saillie bors du deuxième substrat ; la patte de connexion électrique de la partie médiane du revêtement conducteur du deuxième substrat a une forme polygonale, et notamment rectangulaire, voire carré ; la patte de connexion électrique de la partie médiane du revêtement conducteur du deuxième substrat comprend une ouverture traversante afin de faciliter la connexion d’un fil de connexion électrique. L’ouverture traversante est avantageusement circulaire et/ou ladite ouverture traversante est située au niveau d’un centre de la patte de connexion électrique ; la patte de connexion électrique de la partie médiane du revêtement conducteur du deuxième substrat s’étend dans une direction latérale opposée à la patte de connexion électrique de la partie médiane du premier substrat. ; le deuxième substrat comprend des moyens de fixation destinés à permettre de fixer solidairement deux modules électronique conformes au premier aspect de l’invention ; les moyens de fixation du deuxième substrat prennent la forme d’ouvertures traversantes situées sur chaque première partie et deuxième partie du revêtement conducteur du deuxième substrat, chaque ouverture traversante étant située sur une patte de fixation qui s’étend latéralement en saillie par rapport à ladite première et deuxième partie correspondante ; chaque première et deuxième partie du revêtement conducteur du deuxième substrat comprend deux pattes de fixations qui s’étendent latéralement en saillie par rapport à un bord d’élongation longitudinal dudit deuxième substrat ; l’au moins un pont thermique comprend (i) un premier pont thermique situé entre la première partie du deuxième revêtement conducteur du premier substrat et la première partie du revêtement conducteur du deuxième substrat, et (ii) un deuxième pont thermique situé entre la deuxième partie du deuxième revêtement conducteur du premier substrat et la deuxième partie du revêtement conducteur du deuxième substrat ; chaque pont thermique du module électronique conforme au premier aspect de l’invention est fixé solidairement sur le premier substrat et sur le deuxième substrat dudit module électronique. En particulier, chaque extrémité de l’au moins un pont thermique en contact avec le premier substrat et le deuxième substrat est brasé respectivement sur ledit premier substrat et sur ledit deuxième substrat ; chaque au moins un pont thermique est formé d’un matériau thermiquement conducteur. Le matériau thermiquement conducteur est préférentiellement choisi parmi ceux possédant un coefficient de conductivité thermique supérieur ou égal à 20 W/m/K à 20°C. En particulier, mais de manière non limitative, le matériau formant chaque au moins un pont thermique est métallique, tel que par exemple du cuivre ou de l’aluminium ; le module électronique conforme au premier aspect de l’invention comprend un premier dissipateur thermique en couplage thermique avec le premier substrat. Le couplage thermique entre le premier substrat et le premier dissipateur thermique est du type d’un couplage thermique direct ou indirect, notamment par l’intermédiaire d’une matériau intermédiaire situé entre le premier dissipateur thermique et le premier substrat, ledit matériau intermédiaire étant du type d’un conducteur thermique, par exemple une pâte thermique ; le dissipateur thermique comprend une pluralité d’ailettes qui s’étendent dans une direction opposée au dispositif électronique par rapport au premier substrat ; le dissipateur thermique est formé d’un matériau thermiquement conducteur. Le matériau thermiquement conducteur est préférentiellement choisi parmi ceux possédant un coefficient de conductivité thermique supérieur ou égal à 20 W/m/K à 20°C. En particulier, mais de manière non limitative, le matériau formant le dissipateur thermique est métallique, tel que par exemple de l’aluminium ; le dispositif électronique du module électronique conforme au premier aspect de l’invention est agencé pour fonctionner comme un interrupteur, ledit dispositif électronique étant configuré pour pouvoir prendre au moins (i) un état de conduction passant dans lequel ledit dispositif électronique est équivalent à un circuit fermé, et (ii) un état de conduction bloquant dans lequel ledit dispositif électronique est équivalent à un circuit ouvert ; — le dispositif électronique du module électronique conforme au premier aspect de l’invention comprend au moins un composant de puissance, tel que par exemple un transistor de puissance, notamment du type d’un OSFET — acronyme anglais pour « Métal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » qui se traduit par transistor à effet de cfiamp à structure métal-oxyde-semiconducteur, d’un 1GBT— acronyme anglais pour « lnsulated-Gate Bipolar Transistor » qui se traduit par transistor bipolaire à grille isolée, ou d’un GTO — acronyme anglais pour « Gâte Turn-Off Tbyristor » qui se traduit par tbyristor à extinction par la gâcbette.
Selon un deuxième aspect de l’invention, il est proposé un système électronique de puissance comprenant :
— un premier et un deuxième module électronique selon l’une quelconque des revendications précédentes ;
— un troisième substrat en couplage tbermique et électrique avec :
— le deuxième substrat du premier module électronique ; et
— le deuxième substrat du deuxième module électronique.
De manière avantageuse, le système électronique de puissance conforme au deuxième aspect de l’invention peut comprendre avantageusement au moins un des perfectionnements ci-dessous, les caractéristiques techniques formant ces perfectionnements pouvant être prises seules ou en combinaison :
— le troisième substrat prend la forme d’une plaque. En particulier, le troisième substrat est formé d’un matériau tbermiquement conducteur et électriquement conducteur. Le matériau tbermiquement conducteur est préférentiellement cboisi parmi ceux possédant un coefficient de conductivité tbermique supérieur ou égal à 20 W/m/K à 20°C. De manière préférentielle, mais de manière non limitative, le matériau formant le troisième substrat est métallique, tel que par exemple de l’aluminium ou du cuivre ;
— le troisième substrat comprend une patte de connexion électrique qui s’étend latéralement en saillie bors dudit troisième substrat. Avantageusement, la patte de connexion électrique du troisième substrat a une forme polygonale, et notamment rectangulaire, voire carré. Avantageusement encore, la patte de connexion électrique du troisième substrat est située dans une position médiane par rapport à une élongation longitudinale dudit troisième substrat ;
— la patte de connexion électrique du troisième substrat comprend une ouverture traversante afin de faciliter la connexion d’un fil de connexion électrique. L’ouverture traversante est avantageusement circulaire et/ou ladite ouverture traversante est située au niveau d’un centre de la patte de connexion électrique du troisième substrat ; le troisième substrat du système électronique de puissance conforme au deuxième aspect de l’invention comprend des moyens de fixation complémentaires collaborant avec les moyens de fixation des premiers et deuxièmes substrats afin de fixer solidairement les deux modules électroniques dudit système électronique de puissance ; les moyens de fixation complémentaires du troisième substrat prennent la forme d’ouvertures traversantes situées de part et d’autre de la patte de connexion électrique, chaque ouverture traversante étant située sur une patte de fixation qui s’étend latéralement en saillie par rapport à ladite première et deuxième partie correspondante. En particulier, le troisième substrat du système électronique de puissance conforme au deuxième aspect de l’invention comprend deux paires de pattes de fixations qui s’étendent latéralement en saillie par rapport à un bord d’élongation longitudinal dudit deuxième substrat, chaque paire de pattes de fixation étant située sur un bord longitudinal dudit troisième substrat ; le troisième substrat comprend un dispositif de transport des calories depuis un point chaud vers un point froid ; le dispositif de transport des calories du système électronique conforme au deuxième aspect de l’invention comprend au moins un caloduc traversant le troisième substrat depuis une première extrémité vers une deuxième extrémité. Plus particulièrement, selon une première variante de réalisation, l’au moins un caloduc traverse le troisième substrat du système électronique entre deux extrémités longitudinales dudit troisième substrat, ledit au moins un caloduc s’étendant longitudinalement entre lesdites extrémités longitudinales. Selon une deuxième variante de réalisation, l’au moins un caloduc traverse le troisième substrat entre deux extrémités latérales dudit troisième substrat, ledit au moins un caloduc s’étendant latéralement entre lesdites extrémités latérales ; le dispositif électronique de chaque module électronique forme un demi-pont d’un bras d’onduleur, le demi-pont du premier module électronique étant relié électriquement au demi- pont correspondant du deuxième module électronique au niveau d’un point intermédiaire. Plus particulièrement, le point intermédiaire reliant les demi-ponts correspondants de chaque module électronique est un point d’équipotentiel reliant une première borne du composant de puissance du premier module électronique à une deuxième borne du deuxième composant de puissance du deuxième module électronique. Plus particulièrement encore, dans le cas où le composant de puissance prend la forme d’un transistor, alors la première borne dudit composant de puissance est avantageusement une borne source et la deuxième borne du composant de puissance est une borne drain. Selon un troisième aspect de l’invention, il est proposé un procédé d'assemblage d’un système électronique de puissance conforme au deuxième aspect de l’invention ou selon l’un quelconque de ses perfectionnements, ledit procédé d’assemblage comprenant les étapes suivantes :
— pour chaque module électronique :
— fabrication du dispositif électronique sur le premier substrat du module électronique ;
— dépôt et fixation de l’au moins un pont tbermique sur le premier substrat du module électronique ;
— dépôt et fixation du deuxième substrat sur l’au moins un pont tbermique et sur le dispositif électronique ;
— insertion du troisième substrat dans une position intermédiaire entre deux modules électroniques formant une paire et situées de part et d’autre dudit troisième substrat, ledit troisième substrat étant pris en sandwich entre les deux modules électronique formant ladite paire ;
— solidarisation du troisième substrat avec les modules électroniques.
A titre d’exemple non limitatif, le premier et/ou le deuxième module électronique peut être fabriqué à l’aide des techniques de lithographie, notamment pour fabriquer le dispositif électronique sur le premier et/ou le deuxième substrat.
Le troisième substrat peut être avantageusement solidarisé avec les modules électroniques à l’aide de tout moyen de fixation, et notamment à l’aide d’un système de vis et d’écrous collaborant avec les pattes de fixations de chaque module électronique et telles que décrites précédemment.
Des modes de réalisation variés de l’invention sont prévus, intégrant selon l’ensemble de leurs combinaisons possibles les différentes caractéristiques optionnelles exposées ici.
Description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
— la FIGURE lA illustre une vue en perspective éclatée d’un exemple de réalisation d’un système électronique conforme au deuxième aspect de l’invention et comprenant deux modules électroniques conformes au premier aspect de l’invention ;
— la FIGURE lB illustre une vue en perspective assemblée du système électronique illustré sur la FIGURE lA ; — la FIGURE 2A illustre une vue en coupe longitudinale du système électronique illustré sur la FIGURE IB ;
— la FIGURE 2B illustre une vue en coupe transversale du système électronique illustré sur la FIGURE IB ;
— la FIGURE 3 illustre un plot de connexion utilisé pour connecter le dispositif électronique au deuxième substrat du module électronique conforme au premier aspect de l’invention.
Bien entendu, les caractéristiques, les variantes et les différentes formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolée des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur.
En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s’oppose à cette combinaison sur le plan technique.
Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
Description détaillée de l’invention
Dans la suite de la description et dans les revendications, on utilisera à titre non limitatif et afin d'en faciliter la compréhension, les termes :
— « longitudinal » selon une direction parallèle à la plus longue élongation du module électronique et/ou du système électronique, une extrémité longitudinale dudit module électronique et/ou dudit système électronique représentant un bord dudit module électronique et/ou dudit système électronique pris suivant cette direction parallèle à sa plus longue élongation ;
— « latéral » ou « transversal » selon une direction perpendiculaire à la plus longue élongation du module électronique et/ou du système électronique, une extrémité transversale dudit module électronique et/ou dudit système électronique représentant un bord dudit module électronique et/ou dudit système électronique pris suivant cette direction perpendiculaire à sa plus longue élongation. Dans les FIGURES qui suivent, la direction longitudinale et la direction latérale forment collectivement un plan horizontal.
En référence aux FIGURES lA, lB, 2A et 2B, un exemple de réalisation d’un système électronique 10 conforme au deuxième aspect de l’invention est décrit, ainsi qu’un module électronique 100 conforme au premier aspect de l’invention. Si, dans ces FIGURES, le module électronique 100 est décrit dans le contexte du système électronique 10, les caractéristiques décrites pour ledit module électronique 100 sont cependant indépendantes de son intégration audit système électronique 10.
Conformément au deuxième aspect de l’invention, le système électronique 10 décrit sur les FIGURES comprend :
— un premier et un deuxième module électronique 100 ; et
— un troisième substrat 200 en couplage tbermique et électrique avec un deuxième substrat 140 du premier module électronique 100 d’une part, et avec un deuxième substrat 140 du deuxième module électronique 100 d’autre part.
Dans l’exemple illustré sur les différentes FIGURES, le système électronique 10 comprend deux modules électroniques 100 montés de manière symétrique autour du troisième substrat 200, de sorte que ledit troisième substrat 200 est pris en sandwich entre les deux modules électroniques, au niveau de leur deuxième substrat 140 respectifs.
Le troisième substrat 20 prend plus particulièrement la forme d’une plaque, préférentiellement réalisée dans un matériau tbermiquement et électriquement conducteur, tel qu’un matériau métallique, par exemple du cuivre ou de l’aluminium.
Le troisième substrat 200 comprend aussi un dispositif 210 de transport des calories qui s’étend longitudinalement entre deux extrémités latérales dudit troisième substrat 200, ledit dispositif 210 de transport des calories s’étendant à l’intérieur du troisième substrat 200, comme visible sur les FIGURES 2A et 2B. Plus particulièrement, le dispositif 210 de transport des calories comprend avantageusement au moins un — et préférentiellement deux comme illustré sur les FIGURES 2A et 2B— caloduc(s) traversant le troisième substrat 200 depuis une première extrémité longitudinale vers une deuxième extrémité longitudinale. Cette configuration avantageuse permet d’extraire les calories qui sont produites par chaque module électronique 100 au niveau du deuxième substrat 140.
Le troisième substrat 200 comprend aussi une patte de connexion électrique 2005 qui s’étend latéralement en saillie hors dudit troisième substrat 200. La patte de connexion électrique 2005 du troisième substrat 200 a une forme rectangulaire.
Afin de faciliter la connexion d’un fil de connexion électrique, la patte de connexion électrique 2005 du troisième substrat 200 comprend une ouverture traversante 2006, préférentiellement circulaire et située au niveau d’un centre de ladite patte de connexion électrique 2005, comme visible sur les
FIGURES. Les modules électroniques 100 formant le système électronique 10 peuvent être tous identiques ou différents, selon les effets recfiercfiés. Dans les paragraphes qui suivent ainsi que sur les FIGURES, tous les modules électroniques 100 formant le système électronique 10 sont tous identiques et assemblés dans une configuration symétrique par rapport au troisième substrat 200.
Chaque module électronique 100 comprend :
— un premier substrat 120 thermiquement et/ou électriquement conducteur ;
— un deuxième substrat 140 électriquement conducteur ;
— un dispositif électronique 180 interposé entre les deux substrats 120, 140 ;
— au mois un pont thermique 130 configuré pour transférer des calories entre le premier substrat 120 et le deuxième substrat 140, ledit au moins un pont thermique 130 étant indépendant des deux substrats 120, 140, c’est-à-dire rapporté et fixé solidairement aux deux substrat 120, 140.
Dans l’exemple illustré sur les FIGURES, le module électrique 100 comprend deux ponts thermiques 130, chaque pont thermique 130 étant situé au niveau d’une extrémité longitudinale dudit module de commande 100, dans une configuration symétrique par rapport à un axe transversale médian dudit module électronique 100.
Comme visible de manière plus spécifique sur les FIGURES 2A et 2B, le premier substrat 120 du module électronique 100 conforme au premier aspect de l’invention comprend un isolant électrique 122 pris en sandwich entre :
— un premier revêtement électriquement conducteur 121 situé d’un premier côté de l’isolant électrique 122, ledit premier côté étant situé d’un côté opposé au dispositif électronique 180 par rapport au premier substrat 120, et
— un deuxième revêtement électriquement conducteur 123 situé d’un deuxième côté de l’isolant électrique 122, ledit deuxième côté étant situé du côté du dispositif électronique l80.
De manière avantageuse, dans l’exemple de réalisation illustré sur les FIGURES, le premier 121 et le deuxième 123 revêtement électriquement conducteur du premier substrat 120 sont métalliques. Préférentiellement, le premier substrat 120 prend la forme d’un substrat du type DBC ou DBA, tel que décrit précédemment ; et le premier 121 et le deuxième 123 revêtement électriquement conducteur du premier substrat 120 forment des pistes métalliques en surface de l’isolant électrique 122.
L’isolant électrique 122 du premier substrat 120 prend avantageusement la forme d’une plaque diélectrique formée dans un matériau électriquement isolant, tel qu’une céramique ou un polyimide. Comme visible sur la FIGURE 2A, le deuxième revêtement électriquement conducteur 123 du premier substrat 120 comprend :
— une première partie 123a et une deuxième partie 123c, chaque première 123a et deuxième 123c partie étant électriquement isolée l’une de l’autre. En d’autres termes, la première partie 123a et la deuxième partie 123c du deuxième revêtement électriquement conducteur 123 du premier substrat 120 forment deux pistes électriques indépendantes l’une de l’autre ;
— une partie médiane 123b située entre la première 123a et la deuxième 123c partie et électriquement isolée de ladite première 123a et de la deuxième 123c partie. En d’autres termes, la partie médiane 123b forme une piste électrique indépendante de la première partie 123a et la deuxième partie 123c du deuxième revêtement électriquement conducteur 123 du premier substrat 120.
La première partie 123a du deuxième revêtement conducteur 123 est située de manière symétrique à une première partie latérale 1211 du premier revêtement conducteur 121 par rapport à l’isolant électrique
122 du premier substrat 120. En particulier, la première partie 123a du deuxième revêtement conducteur
123 et la première partie latérale 1211 du premier revêtement conducteur 121 ont une forme sensiblement perpendiculaire et s’étendent latéralement entre les deux extrémités latérales du module électrique 100.
De manière avantageuse, la première partie 123a du deuxième revêtement conducteur 123 et la première partie latérale 1211 du premier revêtement conducteur 121 s’étendent à l’aplomb du premier pont thermique 130 du module électronique 100.
La deuxième partie 123b du deuxième revêtement conducteur 123 est située de manière symétrique à une deuxième partie latérale 1213 du premier revêtement conducteur 121 par rapport à l’isolant électrique 122 du premier substrat 120. En particulier, la deuxième partie 123b du deuxième revêtement conducteur 123 et la deuxième partie latérale 1213 du premier revêtement conducteur 121 ont une forme sensiblement perpendiculaire et s’étendent latéralement entre les deux extrémités latérales du module électrique 100.
De manière avantageuse, la deuxième partie 123b du deuxième revêtement conducteur 123 et la deuxième partie latérale 1213 du premier revêtement conducteur 121 s’étendent à l’aplomb du deuxième pont thermique 130 du module électronique 100.
Le premier substrat 120 est avantageusement plan. Consécutivement, le premier revêtement conducteur 121, le deuxième revêtement conducteur 123 et l’isolant électrique 122 sont respectivement avantageusement plans. Comme visible sur la FIGURE 2A, la première partie 123a, la deuxième partie 123c et la partie médiane 123b du deuxième revêtement électriquement conducteur 123 du premier substrat 120 sont toutes coplanaires afin de faciliter la connexion électrique avec le dispositif électronique l80.
Afin de faciliter la connexion électrique du module électronique 100 avec un réseau électrique (non représenté), la partie médiane 123b du deuxième revêtement conducteur 123 du premier substrat 120 comprend une patte de connexion électrique 1235 qui s’étend latéralement en saillie bors du premier substrat 120. Dans l’exemple illustré sur les FIGURES, la patte de connexion électrique 1235 de la partie médiane 123b du deuxième revêtement conducteur 123 du premier substrat 120 a une forme rectangulaire et comprend une ouverture traversante 1236 afin de faciliter la connexion d’un fil de connexion électrique, par exemple par brasage. L’ouverture traversante 1236 est avantageusement circulaire et située au niveau d’un centre de la patte de connexion électrique 1235·
De manière différente au premier substrat 120, le deuxième substrat 140 du module électronique 100 comprend un revêtement électriquement conducteur 145, préférentiellement métallique, tel que par exemple en cuivre. Consécutivement, une première face dudit deuxième substrat 140 située du côté du dispositif électronique 180 est à un même potentiel électrique qu’une deuxième face du deuxième substrat 140 située du côté opposé audit dispositif électronique 180 par rapport audit deuxième substrat 140. Cette configuration avantageuse permet de faciliter l’interconnexion électrique du module électronique 100 avec le troisième substrat 200 lorsque ledit module électronique 100 est assemblé dans un système électrique 10 tel que décrit précédemment.
Du côté de la deuxième face du deuxième substrat 140 du module électronique 100 conforme au premier aspect de l’invention, le revêtement électriquement conducteur 145 comprend une première partie 1411 et une deuxième partie 1413 située chacune à une extrémité longitudinale du deuxième substrat 140. Chaque première et deuxième partie 14H, 1413 est électriquement couplée à l’autre, le revêtement électriquement conducteur 145 du deuxième substrat 140 s’étendant de manière continue entre les deux extrémités longitudinales du deuxième substrat 140. Complémentairement, le revêtement électriquement conducteur 145 comprend aussi, du côté de la deuxième face du deuxième substrat 140 du module électronique 100 conforme au premier aspect de l’invention, une partie médiane 1412 située entre la première et la deuxième partie 14H, 1413· La partie médiane 1412 est bien entendu électriquement couplée à la première et à la deuxième partie 14H, 1413 du fait de la continuité du revêtement électriquement conducteur 145 du deuxième substrat 140 entre ses deux extrémités longitudinales.
Le revêtement électriquement conducteur 145 du deuxième substrat 140 comprend une patte de connexion électrique 1405 qui s’étend latéralement en saillie bors du deuxième substrat 140. La patte de connexion électrique 1405 du revêtement électriquement conducteur 145 du deuxième substrat 140 a une forme rectangulaire et comprend une ouverture traversante 1406 afin de faciliter la connexion d’un fil de connexion électrique.
Comme visible sur les FIGURES lA et lB, la patte de connexion électrique 1405 du revêtement électriquement conducteur 145 du deuxième substrat 140 s’étend dans une direction latérale opposée à la patte de connexion électrique 1235 de la partie médiane 123b du premier substrat 120.
Comme décrit précédemment, chaque module électronique 100 comprend au moins un pont thermique 130 afin d’optimiser le refroidissement dudit module électronique 100 durant son fonctionnement. De manière avantageuse, et tel qu’illustré dans les différentes FIGURES, chaque module électronique 100 comprend :
— un premier pont thermique 130 situé entre la première partie 123a du deuxième revêtement conducteur 123 du premier substrat 120 et une partie située en regard du revêtement conducteur 145 du deuxième substrat 140 ; et
— un deuxième pont thermique 130 situé entre la deuxième partie 123c du deuxième revêtement conducteur 123 du premier substrat 120 et une autre partie située en regard du revêtement conducteur 145 du deuxième substrat 140.
Chaque pont thermique 130 du module électronique 100 conforme au premier aspect de l’invention est fixé solidairement sur le premier substrat 120 et sur le deuxième substrat 140 par l’intermédiaire d’une brasure 150 ou de n’importe quel matériau électriquement conducteur et/ou thermiquement conducteur, ledit matériau étant configuré pour permettre de lier entre eux chaque pont thermique 130 avec respectivement le premier 120 et le deuxième 140 substrat. Cette configuration avantageuse permet notamment de faciliter l’assemblage du module électronique 100 en adaptant une épaisseur de matériau électriquement conducteur ou de brasure, ladite épaisseur étant prise suivant une direction simultanément perpendiculaire aux directions longitudinales et transversales précédemment décrites.
Chaque pont thermique 130 est formé ou comprend un matériau thermiquement conducteur, de sorte à pouvoir établir une conduction thermique efficace entre le premier 120 et le deuxième 140 substrat. Pour ce faire, le matériau thermiquement conducteur est préférentiellement choisi parmi ceux possédant un coefficient de conductivité thermique supérieur ou égal à 20 W/m/K à 20°C, tel que par exemple le cuivre ou l’aluminium.
Au niveau du substrat situé à distance du troisième substrat 200 du système électronique 10, chaque module électronique 100 comprend aussi un dissipateur thermique 110 en couplage thermique avec le substrat correspondant. En d’autres termes, indépendamment du système électronique 10 conforme au deuxième aspect de l’invention, le module électronique conforme au premier aspect de l’invention comprend un dissipateur thermique 110 en couplage thermique avec le premier substrat 120. Le couplage thermique entre le dissipateur thermique 110 et le substrat correspondant est du type d’un couplage thermique direct ou indirect, notamment par l’intermédiaire d’une matériau intermédiaire situé entre le premier dissipateur thermique et le premier substrat, ledit matériau intermédiaire étant du type d’un conducteur thermique, par exemple une pâte thermique ou une colle thermique.
Afin de favoriser les échanges thermiques avec l’air ambiant, et optimiser ainsi le refroidissement du module électronique 100 et/ou du système électronique 10, le dissipateur thermique 110 est formé d’un matériau thermiquement conducteur, choisi parmi ceux possédant un coefficient de conductivité thermique supérieur ou égal à 20 W/m/K à 20°C, tel que par exemple des matériaux métalliques, par exemple l’aluminium.
Le module électronique 100 conforme au premier aspect de l’invention forme ainsi un module électronique tridimensionnel tel que décrit précédemment. Consécutivement, entre les premier 120 et deuxième 140 substrats, le module électronique 100 comprend le dispositif électronique l80.
De manière avantageuse, et plus particulièrement dans le domaine de l’électronique de puissance, le module électronique 100 est agencé pour fonctionner comme un interrupteur à deux états de conductions.
Le dispositif électronique 180 comprend une pluralité de composants de puissance l80a-l8od, tels que par exemple au moins un transistor de puissance, notamment du type d’un OSFET, d’un 1GBT ou d’un GTO tels que décrits précédemment.
Collectivement, les composants de puissance l80a-l8od forment avantageusement au moins en partie un onduleur et/ou au moins en partie pont redresseur afin de pouvoir convertir une tension alternative en une tension continue ou réciproquement. Eventuellement encore, les composants de puissance l80a- l8od forment collectivement un convertisseur continu-continu.
En particulier, dans le système électronique 10 illustré sur les FIGURES, le dispositif électronique 180 de chaque module électronique 100 forme un demi-pont d’un bras d’onduleur, le demi-pont du premier module électronique 100 étant relié électriquement au demi-pont correspondant du deuxième module électronique 100 au niveau d’un point intermédiaire reliant une première borne d’un composant de puissance l80a-l8od du premier module électronique 100 à une deuxième borne d’un deuxième composant de puissance l80a-l8od du deuxième module électronique 100. Plus particulièrement encore, dans le cas où le composant de puissance l80a-l8od prend la forme d’un transistor, la première borne du composant de puissance l80a-l8od est avantageusement une borne source et la deuxième borne du composant de puissance l80a-l8od est une borne drain. Ainsi, les composants de puissance l80a-l8od du dispositif électronique 180 sont interfacés par les substrats 120, 140 du module électronique 100.
En particulier, chaque module électronique 100 comprend un organe de connexion électrique 170 permettant d’alimenter électriquement les bornes d’au moins une partie des composants de puissance l80a-l8od du dispositif électronique 180, ledit organe de connexion électrique 170 comprenant une première 171 et une deuxième 172 piste électrique.
L’organe de connexion électrique 170 est fixé solidairement au premier substrat 120, et plus particulièrement au deuxième revêtement conducteur 123. Plus particulièrement encore, l’organe de connexion électrique 170 est fixé solidairement à la partie médiane 123b du deuxième revêtement conducteur 123.
Ainsi, le système électronique 10 de puissance conforme au deuxième aspect de l’invention est assemblé au travers des différentes étapes suivantes :
— pour chaque module électronique 100 :
— fabrication du dispositif électronique 180 sur le premier substrat 120 du module électronique 100 ;
— dépôt et fixation de l’au moins un pont thermique 130 sur le premier substrat 120 du module électronique 100 ;
— dépôt et fixation du deuxième substrat 140 sur l’au moins un pont thermique 130 et sur le dispositif électronique 180 ;
— insertion du troisième substrat 200 dans une position intermédiaire entre deux modules électroniques 100 situés de part et d’autre dudit troisième substrat 200, ledit troisième substrat 200 étant pris en sandwich entre les deux modules électronique 100 ;
— solidarisation du troisième substrat 200 avec les modules électroniques 100.
Afin de solidariser le troisième substrat 200 avec chaque module électronique 100, ledit troisième substrat 200 comprend des moyens de fixation complémentaires 2007 collaborant avec des moyens de fixation 1407 du deuxième substrat 140 de chaque module électronique 100.
Les moyens de fixation complémentaires 2007 du troisième substrat 200 prennent la forme d’une patte de fixation 2017 qui s’étend latéralement en saillie par rapport au troisième substrat 200. Dans l’exemple illustré sur les FIGURES lA et lB, le troisième substrat 200 comprend quatre pattes de fixation 2017 située à proximité de chaque coin du troisième substrat 200. Plus particulièrement, le troisième substrat 200 comprend (i) une première paire de pattes de fixation 2017, chaque patte de fixation 2017 de ladite première paire étant située au niveau de l’une des extrémités longitudinales d’un premier bord longitudinal dudit troisième substrat 200, et (ii) une deuxième paire de pattes de fixation 2017, chaque patte de fixation 2017 de ladite deuxième paire étant située au niveau de l’une des extrémités longitudinales d’un deuxième bord longitudinal dudit troisième substrat 200. Plus particulièrement encore, pour chaque paire, les pattes de fixation 2017 sont situées de manière symétrique par rapport à un plan latéral médian du troisième substrat 200 ; et chaque patte de fixation 2017 d’une première paire est située de manière symétrique à une patte de fixation 2017 de la deuxième paire par rapport à un plan longitudinal médian du troisième substrat 200.
De manière avantageuse, chaque patte de fixation 2017 du troisième substrat 200 comprend une ouverture traversante 2008.
De manière analogue, les moyens de fixation 1407 du deuxième substrat 140 de chaque module électronique 100 conforme au premier aspect de l’invention comprennent préférentiellement au moins une patte de fixation 1417 qui s’étend latéralement en saillie par rapport au deuxième substrat 140. Plus particulièrement, chaque patte de fixation 1417 est formée par une excroissance du revêtement électriquement conducteur 145 du deuxième substrat 140.
Dans l’exemple illustré sur les FIGURES lA et lB, le deuxième substrat 140 comprend quatre pattes de fixation 1417 située à proximité de chaque coin du deuxième substrat 140. Plus particulièrement, le deuxième substrat 140 comprend (i) une première paire de pattes de fixation 1417, chaque patte de fixation 1417 de ladite première paire étant située au niveau de l’une des extrémités longitudinales d’un premier bord longitudinal dudit deuxième substrat 140, et (ii) une deuxième paire de pattes de fixation 1417, chaque patte de fixation 1417 de ladite deuxième paire étant située au niveau de l’une des extrémités longitudinales d’un deuxième bord longitudinal dudit deuxième substrat 140. Plus particulièrement encore, pour chaque paire, les pattes de fixation 1417 sont situées de manière symétrique par rapport à un plan latéral médian du deuxième substrat 140 ; et chaque patte de fixation 1417 d’une première paire est située de manière symétrique à une patte de fixation 1417 de la deuxième paire par rapport à un plan longitudinal médian du deuxième substrat 140.
De manière avantageuse, chaque patte de fixation 1417 comprend une ouverture traversante 1418.
Afin de faciliter l’interconnexion électrique du dispositif électronique 180, le module électronique 100 conforme au premier aspect de l’invention comprend au moins un plot de connexion 160 configuré pour établir une connexion électrique entre au moins une borne de connexion du dispositif électronique l80 et le deuxième substrat 140.
Le plot de connexion 160 est métallique afin de favoriser la conduction électrique.
Un exemple de réalisation d’un tel plot de connexion 160 est illustré sur la FIGURE 3· Le plot de connexion 160 a une forme générale prismatique et comprend une base 168 de forme rectangulaire dans l’exemple illustré sur la FIGURE 3· Cependant, la forme de la base 168 peut être quelconque en fonction de l’implantation du dispositif électronique 180 et/ou des composants électroniques l8l avec lesquels le plot de connexion 160 collabore. Le plot de connexion 160 est ainsi délimité latéralement entre une première et une deuxième face latérale 166, 167. Suivant une direction perpendiculaire à sa base 168, le plot de connexion s’étend jusqu’à une face de connexion électrique 165 située à une extrémité opposée par rapport à la base 168 dudit plot de connexion 160 afin d’établir une connexion électrique et/ou tbermique avec le deuxième substrat 140 du module électronique 100 conforme au premier aspect de l’invention.
La base 168 du plot de connexion électrique 160 comprend deux bornes de contact l6l, 162, chaque borne de contact l6l, 162 permettant d'établir une connexion électrique avec une borne de connexion correspondante du dispositif électronique 180 avec lequel ledit plot de connexion 160 collabore.
Les bornes de contact l6l, 162 forment à leur extrémité libre une surface de connexion afin d’être solidarisée, éventuellement par l’intermédiaire d’un matériau de liaison, à une borne correspondante du dispositif électronique l80.
Dans l’exemple illustré sur la FIGURE 3, les surfaces de connexion des bornes de contact l6l, 162 sont planes et coplanaires. De même, la face de connexion électrique 165 est plane et parallèle aux bornes de contact l6l, 162 du plot de connexion l60. Les bornes de contact l6l, 162 s’étendent en saillie par rapport à une élongation prismatique du plot de connexion 160 et par rapport à sa base 168, chaque borne de contact l6l, 162 ayant une forme prismatique.
Le plot de connexion 160 illustré sur la FIGURE 3 comprend aussi une languette de connexion électrique 163 qui s’étend en saille par rapport à une face du plot de connexion l60. Plus particulièrement, la languette de connexion électrique 163 s’étend entre les deux faces latérales 166, 167 du plot de connexion l60 et dans une direction simultanément perpendiculaire à une direction normale aux faces latérales dudit plot de connexion 160 et à une direction normale à la base 168 dudit plot de connexion électrique l60. En d’autres termes, la languette de connexion électrique prend la forme d’une élongation prismatique qui s’étend en saillie entre les deux faces latérales 1667, 167 du plot de connexion l60. La languette de connexion électrique 163 permet ainsi de faciliter la connexion électrique du dispositif électronique 180 avec le deuxième substrat 140 du module électronique 100 conforme au premier aspect de l’invention, en facilitant notamment le raccordement électrique— par bonding— d’une borne de connexion dudit dispositif électronique 180 avec ladite languette de connexion électrique 163 du plot de connexion l60.
En synthèse, l’invention concerne notamment un module électronique 100 tridimensionnel comprenant un dispositif électronique 180 logé entre un premier 120 et un deuxième 140 substrat, ledit premier 120 et deuxième 140 substrat étant reliés électriquement et/ou tbermiquement entre eux par au moins un — et préférentiellement deux— ponts thermiques 130 rapportés et fixés solidairement auxdits premier 120 et deuxième 140 substrats. L’invention concerne aussi un système électronique 10 comprenant au moins deux modules électroniques 100 montés l’un en regard de l’autre de manière à prendre en sandwich un troisième substrat 200 en contact contre leur deuxième substrat 140 respectivement. Le troisième substrat 200 est configuré pour assurer un couplage thermique et électrique entre les deux modules électroniques 100 par l’intermédiaire de leur deuxième substrat 140.
Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. Notamment, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. En particulier toutes les variantes et modes de réalisation décrits précédemment sont combinables entre eux.

Claims

Revendications
1. Système électronique de puissance (ΐq) comprenant :
— un premier et un deuxième modules électroniques (ΐqq), le premier et le deuxième modules électroniques (ΐqq) comprenant un premier substrat (l20) tbermiquement conducteur, un deuxième substrat (l40) électriquement conducteur, un dispositif électronique (ΐ8q) interposé entre les deux substrats (120, 140), au moins un pont tbermique (l30) configuré pour transférer des calories entre le premier substrat (l20) et le deuxième substrat (l40), l’au moins un pont tbermique (l30) étant indépendant des deux substrats (120, 140) ; et
— un troisième substrat (200) en couplage tbermique et électrique avec :
— le deuxième substrat (l40) du premier module électronique (ΐqq) ; et
— le deuxième substrat (l40) du deuxième module électronique (ΐqq).
2. Système électronique de puissance (ΐq) selon la revendication précédente, dans lequel ledit module électronique (ΐqq) comprend au moins un plot de connexion (160) configuré pour établir une connexion électrique et/ou tbermique entre au moins une borne de connexion du dispositif électronique (ΐ8q) et le deuxième substrat (l40).
3- Système électronique de puissance (ΐq) selon la revendication précédente, dans lequel le plot de connexion (ΐ6q) comprend une base (168) sur laquelle est située au moins une borne de contact (l6l, 162), chaque borne de contact (l6l, 162) étant configurée pour établir une connexion électrique avec une borne de connexion correspondante du dispositif électronique (ΐ8q).
4· Système électronique de puissance (ΐq) selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel le plot de connexion (ΐ6q) comprend une languette de connexion électrique (163) qui s’étend en saille par rapport à une face dudit plot de connexion (160).
5- Système électronique de puissance (ΐq) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier substrat (l20) du module électronique (ΐqq) comprend :
— un isolant électrique (l22) ;
— un premier revêtement électriquement conducteur (l2l) situé d’un premier côté (l2l) de l’isolant électrique, ledit premier côté (l2l) étant situé d’un côté opposé au dispositif électronique (ΐ8q) par rapport au premier substrat (ΐ2q) ; — un deuxième revêtement électriquement conducteur (l23) situé d’un deuxième côté de l’isolant électrique (l22), ledit deuxième côté étant situé du côté du dispositif électronique (ΐ8q) et comprenant :
— une première partie (l23a) et une deuxième partie (l23c), chaque première et deuxième partie (l23a, 123c) étant électriquement isolée l’une de l’autre au niveau du deuxième revêtement électriquement conducteur (l23) du premier substrat (ΐ2q) ;
— une partie médiane (123b) située entre la première et la deuxième partie (l23a, 123c) et électriquement isolée de la première et de la deuxième partie (l23a, 123c) au niveau du deuxième revêtement électriquement conducteur (l23) du premier substrat (l20).
6. Système électronique de puissance (ΐq) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième substrat (l40) comprend un revêtement électriquement conducteur (145), une première face dudit deuxième substrat (l40) située du côté du dispositif électronique (ΐ8q) étant à un même potentiel électrique qu’une deuxième face (141) du deuxième substrat (l40) située du côté opposé audit dispositif électronique (ΐ8q) par rapport audit deuxième substrat (l40), ledit revêtement électriquement conducteur (l45) du deuxième substrat (l40) comprenant :
— une première partie (l41l) et une deuxième partie (1413), chaque première et deuxième partie (14H, 1413) étant électriquement couplée l’une à l’autre au niveau du revêtement électriquement conducteur du deuxième substrat (ΐ4q) ;
— une partie médiane (1412) située entre la première et la deuxième partie (14H. 1413) et électriquement couplée à la première et à la deuxième partie (14H. 1413) au niveau du revêtement électriquement conducteur (l45) du deuxième substrat (l40).
7- Système électronique de puissance (ΐq) selon la revendication précédente prise en combinaison avec la revendication 5, dans lequel l’au moins un pont tbermique (l30) comprend : un premier pont tbermique (l30) situé entre la première partie (l23a) du deuxième revêtement conducteur (123) du premier substrat (l20) et la première partie (l41l) du revêtement conducteur (l45) du deuxième substrat (ΐ4q) ;
un deuxième pont tbermique (l30) situé entre la deuxième partie (l32c) du deuxième revêtement conducteur (123) du premier substrat (l20) et la deuxième partie (1413) du revêtement conducteur (l45) du deuxième substrat (l40).
8. Système électronique de puissance (ΐq) selon l’une quelconque des revendications précédentes, ledit module électronique (ΐqq) comprenant un premier dissipateur tbermique (lio) en couplage tbermique avec le premier substrat (l20). 9- Système électronique (ΐq) selon la revendication précédente, dans lequel le troisième substrat (200) comprend un dispositif de transport des calories (210) depuis un point cbaud vers un point froid, ledit dispositif de transport des calories (210) comprenant au moins un caloduc traversant le troisième substrat (200) depuis une première extrémité vers une deuxième extrémité. 10. Système électronique (ΐq) selon l’une quelconque des revendications 8 ou 9, dans lequel le dispositif électronique (ΐ8q) de chaque module électronique (ΐqq) forme un demi-pont d’un bras d’onduleur, le demi-pont du premier module électronique (ΐqq) étant relié électriquement au demi-pont correspondant du deuxième module électronique (lOO) au niveau d’un point intermédiaire. 11. Procédé d'assemblage d’un système électronique de puissance selon l’une quelconque des revendications précédentes, ledit procédé d’assemblage comprenant les étapes suivantes :
— pour chaque module électronique (ΐqq) :
— fabrication du dispositif électronique (ΐ8q) sur le premier substrat (l20) du premier module électronique (ΐqq) ;
— dépôt et fixation de l’au moins un pont thermique (l30) sur le premier substrat (l20) du premier module électronique (ΐqq) ;
— dépôt et fixation du deuxième substrat (l40) sur l’au moins un pont thermique (l30) et sur le dispositif électronique (ΐ8q) ;
— insertion du troisième substrat dans une position intermédiaire entre deux modules électroniques (lOO) formant une paire et situées de part et d’autre dudit troisième substrat, ledit troisième substrat étant pris en sandwich entre les deux modules électronique formant ladite paire ;
— solidarisation du troisième substrat avec les modules électroniques (lOO).
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