WO2020084256A1 - Power electronic module housing and method for manufacturing such a housing - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to the field of power electronics. It relates to housings for electronic power modules.
- Document US-A1 -8 1 12 853 describes an inverter comprising six semiconductor components of controlled power and a decoupling capacity. These power semiconductor components are generally controlled from the on state and the blocked state and vice versa by signals distributed by command and control circuits (not shown). Busbars are used to provide the electrical connection between capacitors and input connectors of the power module device.
- parasitic inductance values of the order of a hundred nano henry strongly impact the performance of power semiconductor components, in particular for functions requiring a large variation in current as a function of time when they are ordered between l 'blocked state in passing state and vice versa.
- the capacitors decoupling are positioned closest to the power semiconductor components.
- Electrolytic capacitors or film capacitors are usually connected to metal connectors or to the metallization of a busbar by soldering or screwing.
- these fixing techniques have several drawbacks. Indeed, an assembly by screwing of each capacitor on the metal connectors is a long process and, consequently, expensive. Connections fixed by soldering present reliability problems during thermal shocks or when they are subjected to vibrations. In addition, with these techniques for fixing the capacitors, the heat transfer is also not optimal due to the absence of an efficient interface between the capacitors and a cooler.
- This module thus makes it possible to increase the reliability in terms of vibrations and thermal shocks of the connectors and to ensure the cooling of the capacitors on the cold plate of the modules.
- Document US-A1 -8,787,003 describes a module comprising capacitors connected together, to form a capacitive block, and with the outside. This module is then mechanically and thermally connected to a cold plate close to a power module. A bus bar (or metal plates) then electrically connects the capacitor and the power module.
- the capacitor module includes a substrate having a metallization on a first side of the substrate, a plurality of connectors electrically coupled to the metallization and a plurality of capacitors disposed on the metallization.
- the plurality of capacitors includes a first set of capacitors electrically connected in parallel between a first set of connectors and a second set of connectors.
- the capacitor module further includes a housing enclosing the plurality of capacitors within the capacitor module.
- document US-A-5,142,439 describes a high-voltage, low-volume ceramic capacitor module, comprising surface-mounted chip capacitors, and which can be integrated into various electrical systems so as to minimize the parasitic inductance.
- This module makes it possible to reduce parasitic inductances, to increase resistance to vibrations and thermal shocks.
- An object of the present invention is to provide a simple and effective solution free from the aforementioned drawbacks.
- the invention relates to a housing for an electronic power module, the housing comprising an electrically conductive inner wall and an electrically conductive outer wall between which is formed a space configured to receive a dielectric resin, each wall of the housing. comprising an upper closure cover, and in that the inner and outer walls of the housing are mechanically and electrically connected to a metallized substrate and forming electrodes of a capacitor.
- the housing being characterized in that the upper outer cover of the outer wall has an orifice for the passage of the dielectric resin.
- the housing according to the invention has several interesting advantages. Especially :
- the functionalization of the housing of the electronic power module which serves as an electrode for a capacitor, the walls of the case forming the electrodes of a capacitor, for example of decoupling, allows the latter to be as close as possible to the power components of the power module,
- an inner face of the outer wall of the housing is provided with first fins and an outer face of the inner wall of the housing is provided with second fins, the inner and outer walls of the housing being arranged so as to obtain alternation first fins and second fins in the space formed between the inner and outer walls.
- the surface between the two walls of the housing forming the electrodes of the capacitor is increased, as is the capacity of said capacitor.
- the space provided between the inner wall and the outer wall has a width of between a few micrometers and a few millimeters.
- the thickness of the dielectric is controlled, as well as the capacity of the capacitor.
- the metallized substrate is a multilayer substrate which allows the production of complex cabling while ensuring airtightness of the housing.
- the dielectric resin is a pure resin, for example poly (vinylidene fluoride) having a high permittivity.
- the dielectric resin is a composite resin loaded with ceramic particles or loaded with metal particles in order to improve the permittivity.
- the housing is produced by additive manufacturing directly on the metallized substrate.
- the housing is attached and fixed to the metallized substrate by brazing or sintering.
- the present invention also relates to an electronic power module characterized in that it comprises a housing having any of the above characteristics and forming a decoupling capacitor.
- the walls of the housing forming the electrodes of the capacitor allow a reduction of the parasitic inductances generated by the connection wires of the capacitors
- the invention also relates to a method for producing a housing having any of the above characteristics, characterized in that it comprises the following steps:
- the interior and exterior walls of the housing are arranged on the metallized substrate so as to provide a space;
- each of the walls is closed using the respective upper cover
- the dielectric resin is injected under vacuum into the interior of the housing through the orifice provided in the outer top cover of the exterior wall; the casing is annealed in order to stiffen the dielectric resin.
- FIG. 1 is an exploded perspective view of the housing according to the invention.
- FIG. 2 is a detail and perspective view of the walls of the housing according to the invention
- - Figure 3 is a top view of the walls of the housing according to the invention illustrated in Figure 1;
- FIG. 4 is a schematic sectional view of the housing according to the invention.
- the box 1 for an electronic power module according to the invention comprises:
- a first interior assembly comprising an interior wall 2a capable of being closed by an interior top cover 3a;
- a second exterior assembly comprising an exterior wall 2b capable of being closed by an exterior top cover 3b;
- the first set being placed inside the second set.
- the inner 2a and outer 2b walls are dimensioned so as to provide a space E between an outer face 2a 'of the inner wall 2a and an inner face 2b' of the outer wall 2b , the inner wall 2a having a perimeter and a height less, respectively, than the perimeter and the height of the outer wall 2b.
- a seal 4a, 4b is advantageously disposed, respectively, between the inner wall 2a and the inner upper cover 3a, and between the outer wall 2b and the outer upper cover 3b.
- the inner 2a and outer 2b walls are electrically conductive.
- the inner 2a and outer 2b walls and their respective upper covers 3a and 3b are made of metal.
- the metal housing 1 thus formed can then serve as mechanical protection allowing the electronics to operate in harsh environments.
- the metal housing 1 also has a diffusion barrier and electromagnetic shielding function of the power module.
- the inner wall 2a and the outer wall 2b of the housing 1 are mechanically and electrically connected, in a manner known per se, to a metallized substrate 5.
- the space E formed between the inner wall 2a and the outer wall 2b makes it possible to prevent any electrical connection being made between the inner 2a and outer 2b walls.
- the inner wall 2a and the outer wall 2b of the housing 1 form the electrodes of a capacitor integrated in the power module, as close as possible to the switching cells of the power module.
- the box 1 is then functionalized and does not only serve as mechanical protection for the power module.
- the metallized substrate 5 is preferably a multilayer substrate, for example a double-layer substrate with a layer of silicon nitride and a layer of copper, thus ensuring hermeticity of the housing 1.
- the electronic connections are then provided outside the housing 1 through metallized vias in a first layer of the metallized substrate 5, making it possible to make an electrical connection between the two layers.
- the metallization of the substrate is aluminum and the inner walls 2a and outer 2b of the housing 1 are made of an alloy of aluminum, silicon and magnesium.
- the space E formed between the inner wall 2a and the outer wall 2b has a width between a few micrometers and a few millimeters. This width in fact depends on the value of the desired capacity for the capacitor formed by the casing 1, on its voltage resistance and on the electrical properties of the materials that compose it, such as its permittivity, the value of this capacity being inversely proportional. to this width.
- the inner face 2b 'of the outer wall 2b and the outer face 2a' of the inner wall 2a of the housing 1 are provided with fins, respectively the first fins 6b and second fins 6a.
- first fins 6b and second fins 6a are arranged, respectively, on the inner face 2b 'of the outer wall 2b and on the outer face 2a' of the inner wall 2a so as to define an alternation first fins 6b and second fins 6a in the space E formed between the inner wall 2a and the outer wall 2b.
- These fins 6a, 6b thus make it possible to increase the surface between the interior wall 2a and the exterior wall 2b and, consequently, the value of the capacitor capacity.
- the space E formed between the inner wall 2a and the outer wall 2b is configured to receive a dielectric resin.
- This resin can be injected into the housing 1, in a volume V having an inverted U-shaped section delimited by the metallized substrate 5, the internal face 2b 'of the external wall 2b, the external face 2a' of the internal wall 2a , the inner top cover 3a and the top exterior cover 3b.
- the dielectric resin is for example injected through a passage orifice 7 formed in the upper outer cover 3b and flows into the volume V defined above.
- seals are provided at the connectors to prevent the dielectric resin to flow into the power module during its injection.
- the dielectric resin is advantageously a pure resin such as a ferroelectric polymer, for example poly (vinylidene fluoride) (known by the acronym PVDF) having a high permittivity or a ferroelectric copolymer P (VDF-TrFE).
- a ferroelectric polymer for example poly (vinylidene fluoride) (known by the acronym PVDF) having a high permittivity or a ferroelectric copolymer P (VDF-TrFE).
- the dielectric resin is preferably charged with ceramic particles and / or metal particles in order to increase the permittivity of the resin and therefore the value of the capacitance of the capacitor.
- the reduction in particle size on the nanometric scale makes it possible to have high permittivities with low loading rates.
- the smaller the particles the lower the viscosity of the resin, allowing easier injection of the resin into the housing 1 and filling of the volume V without air bubbles.
- the filling of the volume V between the two electrodes of the capacitor with the dielectric resin must be complete and without the presence of air, so that the dielectric resin preferably has a viscosity of less than 1000 cP.
- the seals 4a, 4b for attaching the upper inner covers 3a and outer 3b, respectively on the inner walls 2a and outer 2b then also make it possible to seal the housing 1 during the insertion of the dielectric resin.
- the method of making the housing 1 includes a step of arranging the inner wall 2a inside the outer wall 2b on the metallized substrate 5 so as to provide a space E between the inner face 2b 'of the outer wall 2b and the outer face 2a 'of the inner wall 2a.
- the interior upper cover 3a is applied to the interior wall 2a so as to define an interior volume Va and the exterior top cover 3b is applied to the exterior wall 2b so as to define an exterior volume Vb.
- the inner walls 2a and outer 2b housing 1 is produced by additive manufacturing directly on the metallized substrate 5, for example by SLM technology (acronym for "Selective Laser Melting” in English) additive manufacturing, which consists of fusing powder using a high energy beam such as a laser beam.
- SLM technology an acronym for "Selective Laser Melting” in English
- a powder bed is deposited on a support plate, here directly on the metallized substrate 5 and is scanned by the laser beam to manufacture the interior walls 2a and exterior 2b housing 1, layer by layer, a third layer of fused powder being disposed above a second layer which is itself disposed above a first layer, thus ensuring mechanical attachment and electrical connection to the metallized substrate 5.
- the fins 6a, 6b are then manufactured in the same way time that the inner walls 2a and outer 2b.
- the upper inner 3a and outer 3b covers are either also directly manufactured, respectively, on the inner 2a and outer 2b walls by additive manufacturing, or manufactured separately by any method known per se of production of metal parts and attached and fixed, respectively on the inner 2a and outer 2b walls by any fixing method such as by brazing or sintering.
- the inner 2a and outer 2b walls are produced by any known method of producing metal parts, such as foundry, forging, machining;
- the upper internal cover 3a and external cover 3b are also produced by any known method of producing metal parts; c) fixing, if necessary, the covers on the respective walls
- the housing 1 is attached and it is fixed to the metallized substrate 5 by any known mechanical fixing and electrical connection methods, such as by soldering or sintering,
- steps a) and b) can be carried out simultaneously and steps c) and d) can be reversed.
- the inner wall 2a can be made in one piece with the inner upper cover 3a, and the outer wall 2b can be made in one piece with the outer upper cover 3b, steps a), b) and c) then corresponding to one and the same step.
- the assembly is then annealed, in a manner known per se, in order to stiffen the dielectric resin.
- the estimated capacitor capacitance values for an epoxy polymer resin are between 10nF and 100pF, depending on the permittivity of the resin, its thickness and the surface area of the electrodes of the capacitor.
- epoxy polymer resin epoxy polymer resin
- composite resins have a lower breaking tension than pure resins so that it is necessary to increase the space between the interior walls 2a and exterior 2b (in other words the distance between the electrodes) for resins composites to maintain high voltages.
- the capacity calculated is of the order of 1 10 nF whereas for a capacity of 100nF, a film capacitor of the prior art measures 28.5 mm in width, 41.5 mm in length and 16 mm in height.
- Such a power module makes it possible to limit the parasitic inductances compared to the power modules of the prior art, allows a marked improvement in the reliability of thermal shocks and vibrations due to the constitution of the integrated capacitor, as well as an increase in the overall power density of the power module due to the use of the same metallized substrate and the same cooling system for the power module and the integrated capacitor.
- Such a hermetic power electronic module with a metal casing 1 including the decoupling capacitor between the inner 2a and outer 2b walls is particularly advantageous for applications of the intelligent motor type (from the English "Smart motor") and, more particularly in the aeronautical field, for power converters at the voltage source making it possible to convert the electrical energy of the main network (1 15V AC, 230V AC, 540V DC ...) in several forms (AC / DC, DC / AC, AC / AC and DC / DC).
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Abstract
The invention relates to a housing (1) for a power electronic module, characterised in that it comprises an electrically conductive inner wall (2a) and an electrically conductive outer wall (2b), between which is provided a space configured to receive a dielectric resin, each wall (2a, 2b) of the housing (1) comprising an upper closure cap (3a, 3b); and in that the inner (2a) and outer (2b) walls of the housing (1) are mechanically and electrically connected to a metallised substrate (5), and form electrodes of a capacitor.
Description
BOITIER POUR MODULE ELECTRONIQUE DE PUISSANCE ET PROCEDE DE FABRICATION D’UN TEL BOITIER HOUSING FOR ELECTRONIC POWER MODULE AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH A HOUSING
DOMAINE TECHNIQUE TECHNICAL AREA
[0001] La présente invention concerne le domaine de l’électronique de puissance. Elle se rapporte aux boîtiers pour modules électroniques de puissance. The present invention relates to the field of power electronics. It relates to housings for electronic power modules.
ETAT DE L’ART STATE OF THE ART
[0002] Le document US-A1 -8 1 12 853 décrit un onduleur comprenant six composants à semi-conducteur de puissance commandés et une capacité de découplage. Ces composants à semi-conducteur de puissance sont généralement pilotés de l’état passant et l’état bloqué et vice versa par des signaux distribués par des circuits de commande et de contrôle (non représentés). Des barres-bus sont utilisées pour assurer la connexion électrique entre des capacités et des connectiques d’entrée du dispositif module de puissance. Document US-A1 -8 1 12 853 describes an inverter comprising six semiconductor components of controlled power and a decoupling capacity. These power semiconductor components are generally controlled from the on state and the blocked state and vice versa by signals distributed by command and control circuits (not shown). Busbars are used to provide the electrical connection between capacitors and input connectors of the power module device.
[0003] Un des inconvénients majeurs d’un tel dispositif d’électronique de puissance réside dans le fait que les inductances parasites de la boucle de puissance sont liées en partie à des contraintes physiques comme la taille des condensateurs, leurs connectiques, et l’interconnexion entre les condensateurs de découplage et les composants à semi-conducteur de puissance. Ces inductances sont à l’origine de l’apparition de surtension aux bornes des composants à semi-conducteur de puissance lors de forte variation de courant et peuvent amener à la destruction des composants à semi-conducteurs de puissance formant les composants à semi- conducteur de puissance si leur marge de sécurité en tenue en tension n’est pas suffisante. En effet, des valeurs d’inductance parasites de l’ordre de centaine de nano henry impactent fortement la performance des composants à semi-conducteur de puissance notamment pour les fonctions nécessitant une forte variation du courant en fonction du temps lors de leur commande entre l’état bloqué à l’état passant et vice versa. One of the major drawbacks of such a power electronics device lies in the fact that the parasitic inductances of the power loop are linked in part to physical constraints such as the size of the capacitors, their connections, and the interconnection between decoupling capacitors and power semiconductor components. These inductances are at the origin of the appearance of overvoltage at the terminals of the power semiconductor components during a large current variation and can lead to the destruction of the power semiconductor components forming the semiconductor components. of power if their safety margin in voltage withstand is not sufficient. Indeed, parasitic inductance values of the order of a hundred nano henry strongly impact the performance of power semiconductor components, in particular for functions requiring a large variation in current as a function of time when they are ordered between l 'blocked state in passing state and vice versa.
[0004] Ainsi, afin de réduire les inductances entre les condensateurs de découplage et les modules d’électronique de puissance, les condensateurs de
découplage sont positionnés au plus proche des composants à semi-conducteur de puissance. Thus, in order to reduce the inductances between the decoupling capacitors and the power electronics modules, the capacitors decoupling are positioned closest to the power semiconductor components.
[0005] Les condensateurs électrolytiques ou les condensateurs films sont habituellement connectés aux connectiques métalliques ou à la métallisation d’une barre-bus par brasure ou par vissage. Cependant ces techniques de fixation présentent plusieurs inconvénients. En effet, un assemblage par vissage de chaque condensateur sur les connectiques métalliques est un processus long et, par conséquent, coûteux. Les connectiques fixées par brasage présentent quant à elles des problèmes de fiabilité lors des chocs thermiques ou lorsqu’elles sont soumises aux vibrations. De plus, avec ces techniques de fixation des condensateurs, le transfert thermique n’est également pas optimal du fait de l’absence d’une interface efficace entre les condensateurs et un refroidisseur. Electrolytic capacitors or film capacitors are usually connected to metal connectors or to the metallization of a busbar by soldering or screwing. However, these fixing techniques have several drawbacks. Indeed, an assembly by screwing of each capacitor on the metal connectors is a long process and, consequently, expensive. Connections fixed by soldering present reliability problems during thermal shocks or when they are subjected to vibrations. In addition, with these techniques for fixing the capacitors, the heat transfer is also not optimal due to the absence of an efficient interface between the capacitors and a cooler.
[0006] Pour remédier à ces inconvénients, il a été proposé plusieurs solutions. To overcome these drawbacks, several solutions have been proposed.
[0007] Le document US-A1 -9 615 490 propose de remédier au problème de refroidissement des condensateurs et de fiabilité des connectiques. Pour cela, ce document décrit un module présentant une plaque froide sur laquelle est placé le module et présentant une poche dimensionnée pour recevoir un condensateur de découplage permettant ainsi l'intégration physique du condensateur de découplage directement dans la plaque froide. Document US-A1 -9 615 490 proposes to remedy the problem of cooling the capacitors and reliability of the connectors. For this, this document describes a module having a cold plate on which the module is placed and having a pocket sized to receive a decoupling capacitor thus allowing the physical integration of the decoupling capacitor directly in the cold plate.
[0008] Ce module permet ainsi d’augmenter la fiabilité aux vibrations et chocs thermiques des connectiques et d’assurer le refroidissement des condensateurs sur la plaque froide des modules. This module thus makes it possible to increase the reliability in terms of vibrations and thermal shocks of the connectors and to ensure the cooling of the capacitors on the cold plate of the modules.
[0009] Le document US-A1 -8 787 003 décrit un module comportant des condensateurs connectés entre eux, pour former un bloc capacitif, et avec l’extérieur. Ce module est ensuite relié mécaniquement et thermiquement à une plaque froide proche d’un module de puissance. Une barre-bus (ou des plaques métalliques) vient ensuite connecter électriquement le condensateur et le module de puissance. Le module de condensateur comprend un substrat ayant une métallisation sur un premier côté du substrat, une pluralité de connecteurs électriquement couplés à la métallisation et une pluralité de condensateurs disposés sur la métallisation. La pluralité de condensateurs comprend un premier ensemble de condensateurs
connectés électriquement en parallèle entre un premier ensemble de connecteurs et un second ensemble de connecteurs. Le module de condensateur comprend en outre un boîtier renfermant la pluralité de condensateurs à l'intérieur du module de condensateur. Document US-A1 -8,787,003 describes a module comprising capacitors connected together, to form a capacitive block, and with the outside. This module is then mechanically and thermally connected to a cold plate close to a power module. A bus bar (or metal plates) then electrically connects the capacitor and the power module. The capacitor module includes a substrate having a metallization on a first side of the substrate, a plurality of connectors electrically coupled to the metallization and a plurality of capacitors disposed on the metallization. The plurality of capacitors includes a first set of capacitors electrically connected in parallel between a first set of connectors and a second set of connectors. The capacitor module further includes a housing enclosing the plurality of capacitors within the capacitor module.
[0010] Cette solution permet de refroidir les condensateurs, d’améliorer la fiabilité au niveau de la connexion des condensateurs et de réduire les inductances parasites. This solution makes it possible to cool the capacitors, improve reliability at the connection of the capacitors and reduce parasitic inductances.
[0011] Enfin, le document US-A-5 142 439 décrit un module de condensateur céramique à haute tension et à faible volume, comprenant des condensateurs à puce à montage en surface, et pouvant être intégré dans divers systèmes électriques de manière à minimiser l'inductance parasite. Ce module permet de réduire les inductances parasites, d’augmenter la tenue aux vibrations et aux chocs thermiques. Finally, document US-A-5,142,439 describes a high-voltage, low-volume ceramic capacitor module, comprising surface-mounted chip capacitors, and which can be integrated into various electrical systems so as to minimize the parasitic inductance. This module makes it possible to reduce parasitic inductances, to increase resistance to vibrations and thermal shocks.
[0012] Ces différentes solutions de l’art antérieur, bien qu’acceptables, sont complexes, coûteuses et ne donnent pas entière satisfaction quant à la compacité. These different solutions of the prior art, although acceptable, are complex, expensive and do not give complete satisfaction with respect to compactness.
[0013] Un but de la présente invention est de proposer une solution simple et efficace exempte des inconvénients susmentionnés. An object of the present invention is to provide a simple and effective solution free from the aforementioned drawbacks.
EXPOSE DE L’INVENTION STATEMENT OF THE INVENTION
[0014] A cet effet, l’invention concerne un boîtier pour module électronique de puissance, le boîtier comportant une paroi intérieure électriquement conductrice et une paroi extérieure électriquement conductrice entre lesquelles est ménagé un espace configuré pour recevoir une résine diélectrique, chaque paroi du boîtier comprenant un capot supérieur de fermeture, et en ce que les parois intérieure et extérieure du boîtier sont reliées mécaniquement et électriquement à un substrat métallisé et formant des électrodes d’un condensateur. Le boîtier étant caractérisé en ce que le capot supérieur extérieur de la paroi extérieure comporte un orifice de passage de la résine diélectrique. To this end, the invention relates to a housing for an electronic power module, the housing comprising an electrically conductive inner wall and an electrically conductive outer wall between which is formed a space configured to receive a dielectric resin, each wall of the housing. comprising an upper closure cover, and in that the inner and outer walls of the housing are mechanically and electrically connected to a metallized substrate and forming electrodes of a capacitor. The housing being characterized in that the upper outer cover of the outer wall has an orifice for the passage of the dielectric resin.
[0015] Le boîtier selon l’invention présente plusieurs avantages intéressants. Notamment : The housing according to the invention has several interesting advantages. Especially :
- la fonctionnalisation du boîtier du module électronique de puissance qui sert d’électrode pour un condensateur,
- les parois du boitier formant les électrodes d’un condensateur, par exemple de découplage permet à ce dernier d’être au plus proche des composants de puissance du module de puissance, - the functionalization of the housing of the electronic power module which serves as an electrode for a capacitor, the walls of the case forming the electrodes of a capacitor, for example of decoupling, allows the latter to be as close as possible to the power components of the power module,
- le boitier ainsi constitué peut bénéficier du refroidissement du substrat de sorte qu’il ne nécessite pas de système de refroidissement supplémentaire, - the case thus formed can benefit from the cooling of the substrate so that it does not require an additional cooling system,
- une meilleure fiabilité du condensateur de découplage face aux chocs thermiques et aux vibrations. - better reliability of the decoupling capacitor in the face of thermal shock and vibration.
[0016] Avantageusement, une face interne de la paroi extérieure du boitier est munie de premières ailettes et une face externe de la paroi intérieure du boitier est munie de secondes ailettes, les parois intérieure et extérieure du boitier étant agencées de sorte à obtenir une alternance de premières ailettes et de secondes ailettes dans l’espace ménagé entre les parois intérieure et extérieure. Advantageously, an inner face of the outer wall of the housing is provided with first fins and an outer face of the inner wall of the housing is provided with second fins, the inner and outer walls of the housing being arranged so as to obtain alternation first fins and second fins in the space formed between the inner and outer walls.
[0017] Ainsi, la surface entre les deux parois du boitier formant les électrodes du condensateur est augmentée, de même que la capacité dudit condensateur. Thus, the surface between the two walls of the housing forming the electrodes of the capacitor is increased, as is the capacity of said capacitor.
[0018] De préférence et avantageusement, l’espace ménagé entre la paroi intérieure et la paroi extérieure présente une largeur comprise entre quelques micromètres et quelques millimètres. Preferably and advantageously, the space provided between the inner wall and the outer wall has a width of between a few micrometers and a few millimeters.
[0019] Ainsi, l’épaisseur du diélectrique est contrôlée, de même que la capacité du condensateur. Thus, the thickness of the dielectric is controlled, as well as the capacity of the capacitor.
[0020] De préférence et avantageusement, le substrat métallisé est un substrat multicouche ce qui permet la réalisation de câblages complexes tout en assurant une herméticité du boitier. Preferably and advantageously, the metallized substrate is a multilayer substrate which allows the production of complex cabling while ensuring airtightness of the housing.
[0021] Avantageusement, la résine diélectrique est une résine pure, par exemple du poly(fluorure de vinylidène) présentant une permittivité élevée. Advantageously, the dielectric resin is a pure resin, for example poly (vinylidene fluoride) having a high permittivity.
[0022] Avantageusement, la résine diélectrique est une résine composite chargée en particules céramiques ou chargée en particules métalliques afin d’améliorer la permittivité. Advantageously, the dielectric resin is a composite resin loaded with ceramic particles or loaded with metal particles in order to improve the permittivity.
[0023] Selon un exemple de réalisation, le boitier est réalisé par fabrication additive directement sur le substrat métallisé. According to an exemplary embodiment, the housing is produced by additive manufacturing directly on the metallized substrate.
[0024] Selon un autre exemple de réalisation, le boitier est rapporté et fixé sur le substrat métallisé par brasage ou frittage.
[0025] La présente invention concerne également un module électronique de puissance caractérisé en ce qu’il comprend un boîtier présentant l’une quelconque des caractéristiques susmentionnées et formant un condensateur de découplage. According to another embodiment, the housing is attached and fixed to the metallized substrate by brazing or sintering. The present invention also relates to an electronic power module characterized in that it comprises a housing having any of the above characteristics and forming a decoupling capacitor.
[0026] Un tel module présente plusieurs avantages intéressants, à savoir : Such a module has several interesting advantages, namely:
- la fonctionnalisation du boîtier qui permet une forte intégration des condensateurs notamment de découplage, - the functionalization of the box which allows a strong integration of the capacitors, in particular of decoupling,
- les parois du boîtier formant les électrodes du condensateur permettent une réduction des inductances parasites engendrées par les fils de connexions des condensateurs, the walls of the housing forming the electrodes of the capacitor allow a reduction of the parasitic inductances generated by the connection wires of the capacitors,
- le refroidissement direct du condensateur par le même système de refroidissement que le substrat, - direct cooling of the capacitor by the same cooling system as the substrate,
- une meilleure fiabilité du module de puissance aux chocs thermiques et aux vibrations. - improved reliability of the power module to thermal shock and vibration.
[0027] L’invention concerne également un procédé de réalisation d’un boîtier présentant l’une quelconque des caractéristiques susmentionnées, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivante : The invention also relates to a method for producing a housing having any of the above characteristics, characterized in that it comprises the following steps:
on agence les parois intérieure et extérieure du boîtier sur le substrat métallisé de sorte à ménager un espace ; the interior and exterior walls of the housing are arranged on the metallized substrate so as to provide a space;
on ferme chacune des parois à l’aide du capot supérieur respectif ; each of the walls is closed using the respective upper cover;
on injecte la résine diélectrique sous vide à l’intérieur du boîtier à travers l’orifice ménagé dans le capot supérieur extérieur de la paroi extérieure ; on recuit le boîtier afin de rigidifier la résine diélectrique. the dielectric resin is injected under vacuum into the interior of the housing through the orifice provided in the outer top cover of the exterior wall; the casing is annealed in order to stiffen the dielectric resin.
DESCRIPTION DES FIGURES DESCRIPTION OF THE FIGURES
[0028] La présente invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d’un exemple non limitatif qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels : The present invention will be better understood and other details, characteristics and advantages of the present invention will appear more clearly on reading the description of a nonlimiting example which follows, with reference to the attached drawings in which:
- la figure 1 est une vue en perspective éclatée du boîtier selon l’invention ; - Figure 1 is an exploded perspective view of the housing according to the invention;
- la figure 2 est une vue de détail et en perspective des parois du boîtier selon l’invention ;
- la figure 3 est une vue de dessus des parois du boîtier selon l’invention illustrées à la figure 1 ; - Figure 2 is a detail and perspective view of the walls of the housing according to the invention; - Figure 3 is a top view of the walls of the housing according to the invention illustrated in Figure 1;
- la figure 4 est une vue en coupe à caractère schématique du boîtier selon l’invention. - Figure 4 is a schematic sectional view of the housing according to the invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DETAILED DESCRIPTION
[0029] Dans le présent exposé, les termes « interne », « externe », « intérieur », « extérieur », « supérieur » et « inférieur » sont utilisés en référence au positionnement en cour d’utilisation des éléments constitutifs du boîtier selon l’invention. In the present description, the terms "internal", "external", "interior", "exterior", "upper" and "lower" are used with reference to the positioning during use of the components of the housing according to the invention.
[0030] Le boîtier 1 pour module électronique de puissance selon l’invention comporte : The box 1 for an electronic power module according to the invention comprises:
un premier ensemble intérieur comprenant une paroi intérieure 2a apte à être fermée par un capot supérieur intérieur 3a ; a first interior assembly comprising an interior wall 2a capable of being closed by an interior top cover 3a;
un second ensemble extérieur comprenant une paroi extérieure 2b apte à être fermée par un capot supérieur extérieur 3b ; a second exterior assembly comprising an exterior wall 2b capable of being closed by an exterior top cover 3b;
le premier ensemble étant placé à l’intérieur du second ensemble. the first set being placed inside the second set.
[0031] Les parois intérieure 2a et extérieure 2b, par exemple de section rectangulaire ou carrée, sont dimensionnées de sorte à ménager un espace E entre une face externe 2a’ de la paroi intérieure 2a et une face interne 2b’ de la paroi extérieure 2b, la paroi intérieure 2a présentant un périmètre et une hauteur inférieure, respectivement, au périmètre et à la hauteur de la paroi extérieure 2b. The inner 2a and outer 2b walls, for example of rectangular or square section, are dimensioned so as to provide a space E between an outer face 2a 'of the inner wall 2a and an inner face 2b' of the outer wall 2b , the inner wall 2a having a perimeter and a height less, respectively, than the perimeter and the height of the outer wall 2b.
[0032] Un joint 4a, 4b est avantageusement disposé, respectivement, entre la paroi intérieure 2a et le capot supérieur intérieur 3a, et entre la paroi extérieure 2b et le capot supérieur extérieur 3b. A seal 4a, 4b is advantageously disposed, respectively, between the inner wall 2a and the inner upper cover 3a, and between the outer wall 2b and the outer upper cover 3b.
[0033] Les parois intérieure 2a et extérieure 2b sont électriquement conductrices. De préférence et avantageusement, les parois intérieure 2a et extérieure 2b et leurs capots supérieurs respectifs 3a et 3b sont réalisés en métal. Le boîtier 1 métallique ainsi formé peut alors servir de protection mécanique permettant un fonctionnement de l’électronique dans des environnements sévères. De plus, le
boîtier 1 métallique présente également une fonction de barrière de diffusion et de blindage électromagnétique du module de puissance. The inner 2a and outer 2b walls are electrically conductive. Preferably and advantageously, the inner 2a and outer 2b walls and their respective upper covers 3a and 3b are made of metal. The metal housing 1 thus formed can then serve as mechanical protection allowing the electronics to operate in harsh environments. In addition, the metal housing 1 also has a diffusion barrier and electromagnetic shielding function of the power module.
[0034] En référence à la figure 4, la paroi intérieure 2a et la paroi extérieure 2b du boîtier 1 sont reliées mécaniquement et électriquement, de manière connue en soi, à un substrat métallisé 5. L’espace E ménagé entre la paroi intérieure 2a et la paroi extérieure 2b permet d’éviter que toute connexion électrique ne soit faite entre les parois intérieure 2a et extérieure 2b. Ainsi, la paroi intérieure 2a et la paroi extérieure 2b du boîtier 1 forment des électrodes d’un condensateur intégré au module de puissance, au plus proche de cellules de commutation du module de puissance. Le boîtier 1 est alors fonctionnalisé et ne sert pas uniquement de protection mécanique au module de puissance. Referring to Figure 4, the inner wall 2a and the outer wall 2b of the housing 1 are mechanically and electrically connected, in a manner known per se, to a metallized substrate 5. The space E formed between the inner wall 2a and the outer wall 2b makes it possible to prevent any electrical connection being made between the inner 2a and outer 2b walls. Thus, the inner wall 2a and the outer wall 2b of the housing 1 form the electrodes of a capacitor integrated in the power module, as close as possible to the switching cells of the power module. The box 1 is then functionalized and does not only serve as mechanical protection for the power module.
[0035] Le substrat métallisé 5 est préférentiellement un substrat multicouche, par exemple un substrat double-couche avec une couche de nitrure de silicium et une couche de cuivre, assurant alors une herméticité du boîtier 1 . Les connectiques électroniques sont alors assurées à l’extérieur du boîtier 1 à travers des vias métallisés dans une première couche du substrat métallisé 5, permettant de réaliser une liaison électrique entre les deux couches. The metallized substrate 5 is preferably a multilayer substrate, for example a double-layer substrate with a layer of silicon nitride and a layer of copper, thus ensuring hermeticity of the housing 1. The electronic connections are then provided outside the housing 1 through metallized vias in a first layer of the metallized substrate 5, making it possible to make an electrical connection between the two layers.
[0036] Selon un autre exemple de réalisation, la métallisation du substrat est en aluminium et les parois intérieure 2a et extérieure 2b du boîtier 1 sont dans un alliage d’aluminium, silicium et magnésium. According to another embodiment, the metallization of the substrate is aluminum and the inner walls 2a and outer 2b of the housing 1 are made of an alloy of aluminum, silicon and magnesium.
[0037] Dans un exemple de réalisation non représenté dans lequel l’herméticité du boîtier 1 n’est pas recherchée, des trous réalisés dans les capots supérieur intérieur 3a et extérieur 3b pour le passage des connectiques électriques liées au substrat métallisé 5. In an embodiment not shown in which the hermeticity of the housing 1 is not sought, holes made in the upper inner cover 3a and outer 3b for the passage of the electrical connections linked to the metallized substrate 5.
[0038] L’espace E ménagé entre la paroi intérieure 2a et la paroi extérieure 2b présente une largeur comprise entre quelques micromètres et quelques millimètres. Cette largeur dépend en effet de la valeur de la capacité désirée pour le condensateur formé par les le boîtier 1 , de sa tenue en tension et des propriétés électriques des matériaux qui le composent, telle que sa permittivité, la valeur de cette capacité étant inversement proportionnelle à cette largeur.
[0039] Afin de faire varier encore la capacité du condensateur, la face interne 2b’ de la paroi extérieure 2b et la face externe 2a’ de la paroi intérieure 2a du boîtier 1 sont munies d’ailettes, respectivement des premières ailettes 6b et de secondes ailettes 6a. En référence à la figure 3, les premières ailettes 6b et de secondes ailettes 6a sont agencées, respectivement, sur la face interne 2b’ de la paroi extérieure 2b et sur la face externe 2a’ de la paroi intérieure 2a de sorte à définir une alternance de premières ailettes 6b et de secondes ailettes 6a dans l’espace E ménagé entre la paroi intérieure 2a et la paroi extérieure 2b. Ces ailettes 6a, 6b permettre ainsi d’augmenter la surface entre la paroi intérieure 2a et la paroi extérieure 2b et, par conséquent, la valeur de la capacité du condensateur. The space E formed between the inner wall 2a and the outer wall 2b has a width between a few micrometers and a few millimeters. This width in fact depends on the value of the desired capacity for the capacitor formed by the casing 1, on its voltage resistance and on the electrical properties of the materials that compose it, such as its permittivity, the value of this capacity being inversely proportional. to this width. In order to further vary the capacitance of the capacitor, the inner face 2b 'of the outer wall 2b and the outer face 2a' of the inner wall 2a of the housing 1 are provided with fins, respectively the first fins 6b and second fins 6a. Referring to Figure 3, the first fins 6b and second fins 6a are arranged, respectively, on the inner face 2b 'of the outer wall 2b and on the outer face 2a' of the inner wall 2a so as to define an alternation first fins 6b and second fins 6a in the space E formed between the inner wall 2a and the outer wall 2b. These fins 6a, 6b thus make it possible to increase the surface between the interior wall 2a and the exterior wall 2b and, consequently, the value of the capacitor capacity.
[0040] L’espace E ménagé entre la paroi intérieure 2a et la paroi extérieure 2b est configuré pour recevoir une résine diélectrique. Cette résine peut être injectée dans le boîtier 1 , dans un volume V présentant une section en forme de U inversé délimitée par le substrat métallisé 5, la face interne 2b’ de la paroi extérieure 2b, la face externe 2a’ de la paroi intérieure 2a, le capot supérieur intérieur 3a et la capot supérieur extérieur 3b. The space E formed between the inner wall 2a and the outer wall 2b is configured to receive a dielectric resin. This resin can be injected into the housing 1, in a volume V having an inverted U-shaped section delimited by the metallized substrate 5, the internal face 2b 'of the external wall 2b, the external face 2a' of the internal wall 2a , the inner top cover 3a and the top exterior cover 3b.
[0041] La résine diélectrique est par exemple injectée à travers un orifice de passage 7 ménagé dans le capot supérieur extérieur 3b et s’écoule dans le volume V défini ci-dessus. The dielectric resin is for example injected through a passage orifice 7 formed in the upper outer cover 3b and flows into the volume V defined above.
[0042] Dans le mode de réalisation non illustré selon lequel des trous sont réalisés dans les capots supérieur intérieur 3a et extérieur 3b pour le passage des connectiques électriques liées au substrat métallisé 5, des joints d’étanchéité sont prévus au niveau des connectiques pour empêcher la résine diélectrique de s’écouler dans le module de puissance lors de son injection. In the embodiment not shown in which holes are made in the upper inner cover 3a and outer 3b for the passage of the electrical connectors linked to the metallized substrate 5, seals are provided at the connectors to prevent the dielectric resin to flow into the power module during its injection.
[0043] La résine diélectrique est avantageusement une résine pure tel qu’un polymère ferroélectrique, par exemple du poly(fluorure de vinylidène) (connu sous l’acronyme PVDF) présentant une permittivité élevée ou un copolymère ferroélectrique P(VDF-TrFE). The dielectric resin is advantageously a pure resin such as a ferroelectric polymer, for example poly (vinylidene fluoride) (known by the acronym PVDF) having a high permittivity or a ferroelectric copolymer P (VDF-TrFE).
[0044] La résine diélectrique est de préférence chargée en particules céramiques et/ou en particules métalliques afin d’augmenter la permittivité de la résine et par conséquent la valeur de la capacité du condensateur. Dans le cas de
ces résines, la réduction de la taille des particules à l’échelle nanométrique permet d’avoir des permittivités élevées avec des taux de chargement faible. En effet, plus les particules sont de petite taille, plus la viscosité de la résine est faible, permettant une injection de la résine dans le boîtier 1 plus facile et un remplissage du volume V sans bulles d’air. En effet, le remplissage du volume V compris entre les deux électrodes du condensateur par la résine diélectrique doit être complet et sans présence d’air, de sorte que la résine diélectrique présente préférentiellement une viscosité inférieure à 1000 cP. The dielectric resin is preferably charged with ceramic particles and / or metal particles in order to increase the permittivity of the resin and therefore the value of the capacitance of the capacitor. In the case of these resins, the reduction in particle size on the nanometric scale makes it possible to have high permittivities with low loading rates. In fact, the smaller the particles, the lower the viscosity of the resin, allowing easier injection of the resin into the housing 1 and filling of the volume V without air bubbles. Indeed, the filling of the volume V between the two electrodes of the capacitor with the dielectric resin must be complete and without the presence of air, so that the dielectric resin preferably has a viscosity of less than 1000 cP.
[0045] Les joints 4a, 4b d’attache des capots supérieurs intérieur 3a et extérieur 3b, respectivement sur les parois intérieure 2a et extérieure 2b permettent alors également de réaliser l’étanchéité du boîtier 1 lors de l’insertion de la résine diélectrique. The seals 4a, 4b for attaching the upper inner covers 3a and outer 3b, respectively on the inner walls 2a and outer 2b then also make it possible to seal the housing 1 during the insertion of the dielectric resin.
[0046] Le procédé de réalisation du boîtier 1 comporte une étape d’agencement de la paroi intérieure 2a à l’intérieur de la paroi extérieure 2b sur le substrat métallisé 5 de sorte à ménager un espace E entre la face interne 2b’ de la paroi extérieure 2b et la face externe 2a’ de la paroi intérieure 2a. Le capot supérieur intérieur 3a est appliqué sur la paroi intérieure 2a de sorte à définir un volume intérieur Va et le capot supérieur extérieur 3b est appliqué sur la paroi extérieure 2b de sorte à définir un volume extérieur Vb. The method of making the housing 1 includes a step of arranging the inner wall 2a inside the outer wall 2b on the metallized substrate 5 so as to provide a space E between the inner face 2b 'of the outer wall 2b and the outer face 2a 'of the inner wall 2a. The interior upper cover 3a is applied to the interior wall 2a so as to define an interior volume Va and the exterior top cover 3b is applied to the exterior wall 2b so as to define an exterior volume Vb.
[0047] Selon un premier exemple de réalisation, les parois intérieure 2a et extérieure 2b boîtier 1 est réalisé par fabrication additive directement sur le substrat métallisé 5, par exemple par la technologie SLM (acronyme de « Sélective Laser Melting » en langue anglaise) de fabrication additive, qui consiste à fusionner de la poudre au moyen d’un faisceau de haute énergie tel qu’un faisceau laser. En pratique, un lit de poudre est déposé sur un plateau support, ici directement sur le substrat métallisé 5 et est balayé par le faisceau laser pour fabriquer les parois intérieure 2a et extérieure 2b boîtier 1 , couche par couche, une troisième couche de poudre fusionnée étant disposée au-dessus d’une deuxième couche qui est elle- même disposée au-dessus d’une première couche, assurant ainsi une fixation mécanique et un raccordement électrique sur le substrat métallisé 5. Les ailettes 6a, 6b sont alors fabriquées en même temps que les parois intérieure 2a et extérieure 2b.
Les capots supérieurs intérieur 3a et extérieur 3b sont soit également directement fabriqués, respectivement, sur les parois intérieure 2a et extérieure 2b par fabrication additive, soit fabriqués séparément par toute méthode connue en soi de réalisation de pièces métalliques et rapportés et fixés, respectivement sur les parois intérieure 2a et extérieure 2b par toute méthode de fixation tel que par brasage ou par frittage. According to a first embodiment, the inner walls 2a and outer 2b housing 1 is produced by additive manufacturing directly on the metallized substrate 5, for example by SLM technology (acronym for "Selective Laser Melting" in English) additive manufacturing, which consists of fusing powder using a high energy beam such as a laser beam. In practice, a powder bed is deposited on a support plate, here directly on the metallized substrate 5 and is scanned by the laser beam to manufacture the interior walls 2a and exterior 2b housing 1, layer by layer, a third layer of fused powder being disposed above a second layer which is itself disposed above a first layer, thus ensuring mechanical attachment and electrical connection to the metallized substrate 5. The fins 6a, 6b are then manufactured in the same way time that the inner walls 2a and outer 2b. The upper inner 3a and outer 3b covers are either also directly manufactured, respectively, on the inner 2a and outer 2b walls by additive manufacturing, or manufactured separately by any method known per se of production of metal parts and attached and fixed, respectively on the inner 2a and outer 2b walls by any fixing method such as by brazing or sintering.
[0048] Selon un autre exemple de réalisation : According to another exemplary embodiment:
a) on réalise les parois intérieure 2a et extérieure 2b par toutes méthodes connues de réalisation de pièces métalliques, telles que fonderie, forgeage, usinage ; a) the inner 2a and outer 2b walls are produced by any known method of producing metal parts, such as foundry, forging, machining;
b) on réalise les capots supérieur intérieur 3a et extérieur 3b également par toutes méthodes connues de réalisation de pièces métalliques ; c) on fixe, le cas échéant, les capots sur les parois respectives b) the upper internal cover 3a and external cover 3b are also produced by any known method of producing metal parts; c) fixing, if necessary, the covers on the respective walls
d) on rapporte le boîtier 1 et on le fixe sur le substrat métallisé 5 par toutes méthodes de fixation mécanique et de raccordement électrique connues, telles que par brasage ou frittage, d) the housing 1 is attached and it is fixed to the metallized substrate 5 by any known mechanical fixing and electrical connection methods, such as by soldering or sintering,
les étapes a) et b) pouvant être réalisées simultanément et les étapes c) et d) pouvant être interverties. steps a) and b) can be carried out simultaneously and steps c) and d) can be reversed.
[0049] La paroi intérieure 2a peut être réalisée d’un seul tenant avec le capot supérieur intérieur 3a, et la paroi extérieure 2b peut être réalisée d’un seul tenant avec le capot supérieur extérieur 3b, les étapes a), b) et c) correspondant alors à une seule et même étape. The inner wall 2a can be made in one piece with the inner upper cover 3a, and the outer wall 2b can be made in one piece with the outer upper cover 3b, steps a), b) and c) then corresponding to one and the same step.
[0050] La résine diélectrique est ensuite injectée, sous vide, à travers l’orifice 7 ménagé dans le capot supérieur extérieur 3b dans le volume V correspondant au volume extérieur Vb soustrait du volume intérieur Va (V = Vb - Va) afin d’éviter toute présence d’air entre les électrodes que forment les parois intérieure 2a et extérieure 2b. The dielectric resin is then injected, under vacuum, through the orifice 7 formed in the outer top cover 3b in the volume V corresponding to the exterior volume Vb subtracted from the interior volume Va (V = Vb - Va) in order to avoid any presence of air between the electrodes formed by the inner 2a and outer 2b walls.
[0051] L’ensemble est alors recuit, de manière connue en soi, afin de rigidifier la résine diélectrique. The assembly is then annealed, in a manner known per se, in order to stiffen the dielectric resin.
[0052] Avec un module de puissance comprenant une telle fonctionnalisation du boîtier 1 de sorte à former un condensateur intégré au plus proche des
composants de puissance du module, les valeurs estimées de la capacité du condensateur pour une résine en polymère epoxyde (« epoxy ») sont comprises entre 10nF et 100pF, selon la permittivité de la résine, son épaisseur et la surface des électrodes du condensateur. En effet, les résines composites présentent une tension de rupture plus faible que les résines pures de sorte qu’il est nécessaire d’augmenter l’espace entre les parois intérieure 2a et extérieure 2b (autrement dit la distance entre les électrodes) pour des résines composites afin de maintenir des tensions élevées. With a power module comprising such a functionalization of the housing 1 so as to form an integrated capacitor as close as possible to power components of the module, the estimated capacitor capacitance values for an epoxy polymer resin ("epoxy") are between 10nF and 100pF, depending on the permittivity of the resin, its thickness and the surface area of the electrodes of the capacitor. Indeed, composite resins have a lower breaking tension than pure resins so that it is necessary to increase the space between the interior walls 2a and exterior 2b (in other words the distance between the electrodes) for resins composites to maintain high voltages.
[0053] A titre indicatif pour un espacement entre les électrodes de 400pm, autrement dit pour une largeur de l’espace E entre la face interne 2b’ de la paroi extérieure 2b et la face externe 2a’ de la paroi intérieure 2a de 400pm, pour une résine composite polymère/céramique ou polymère/métal avec une permittivité égale à 200 et une surface d’électrodes de 250 cm2 réalisable sur un boitier 1 de 50 mm de largeur, 50 mm de longueur et 10 mm de hauteur, la capacité calculée est de l’ordre de 1 10 nF alors que pour une capacité de 100nF, un condensateur film de l’art antérieur mesure 28,5 mm de largeur, 41 ,5 mm de longueur et 16 mm de hauteur. As an indication for a spacing between the electrodes of 400 pm, in other words for a width of the space E between the internal face 2b 'of the external wall 2b and the external face 2a' of the internal wall 2a of 400pm, for a composite polymer / ceramic or polymer / metal resin with a permittivity equal to 200 and an electrode area of 250 cm2 achievable on a housing 1 of 50 mm in width, 50 mm in length and 10 mm in height, the capacity calculated is of the order of 1 10 nF whereas for a capacity of 100nF, a film capacitor of the prior art measures 28.5 mm in width, 41.5 mm in length and 16 mm in height.
[0054] Un tel module de puissance permet de limiter les inductances parasites par rapport aux modules de puissance de l’art antérieur, permet une nette amélioration de la fiabilité aux chocs thermiques et aux vibrations du fait de la constitution du condensateur intégré, ainsi qu’une augmentation de la densité de puissance globale du module de puissance du fait de l’utilisation du même substrat métallisé et du même système refroidisseur pour le module de puissance et le condensateur intégré. Such a power module makes it possible to limit the parasitic inductances compared to the power modules of the prior art, allows a marked improvement in the reliability of thermal shocks and vibrations due to the constitution of the integrated capacitor, as well as an increase in the overall power density of the power module due to the use of the same metallized substrate and the same cooling system for the power module and the integrated capacitor.
[0055] Un tel module électronique de puissance hermétique avec un boitier 1 métallique incluant le condensateur de découplage entre les parois intérieure 2a et extérieure 2b est notamment intéressant pour des applications de type moteur intelligent (de l’anglais « Smart motor ») et, plus particulièrement dans le domaine aéronautique, pour des convertisseurs de puissance à la source de tension permettant de convertir l’énergie électrique du réseau principal (1 15V AC, 230V AC, 540V DC...) sous plusieurs formes (AC/DC, DC/AC, AC/AC et DC/DC).
Such a hermetic power electronic module with a metal casing 1 including the decoupling capacitor between the inner 2a and outer 2b walls is particularly advantageous for applications of the intelligent motor type (from the English "Smart motor") and, more particularly in the aeronautical field, for power converters at the voltage source making it possible to convert the electrical energy of the main network (1 15V AC, 230V AC, 540V DC ...) in several forms (AC / DC, DC / AC, AC / AC and DC / DC).
Claims
1 . Boîtier (1 ) pour module électronique de puissance, le boîtier (1 ) comportant une paroi intérieure (2a) électriquement conductrice et une paroi extérieure (2b) électriquement conductrice entre lesquelles est ménagé un espace (E) configuré pour recevoir une résine diélectrique, chaque paroi (2a, 2b) du boîtier (1 ) comprenant un capot (3a, 3b) supérieur de fermeture, et en ce que les parois intérieure (2a) et extérieure (2b) du boîtier (1 ) sont reliées mécaniquement et électriquement à un substrat métallisé (5) et formant des électrodes d’un condensateur, 1. Housing (1) for an electronic power module, the housing (1) comprising an electrically conductive inner wall (2a) and an electrically conductive outer wall (2b) between which is provided a space (E) configured to receive a dielectric resin, each wall (2a, 2b) of the housing (1) comprising an upper closing cover (3a, 3b), and in that the internal (2a) and external (2b) walls of the housing (1) are mechanically and electrically connected to a metallized substrate (5) and forming electrodes of a capacitor,
caractérisé en ce que le capot supérieur extérieur (3b) de la paroi extérieure (2b) comporte un orifice (7) de passage de la résine diélectrique. characterized in that the upper outer cover (3b) of the outer wall (2b) has an orifice (7) for the passage of the dielectric resin.
2. Boîtier (1 ) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’une face interne (2b’) de la paroi extérieure (2b) du boîtier (1 ) est munie de premières ailettes (6b) et en ce qu’une face externe (2a’) de la paroi intérieure (2a) du boîtier est munie de secondes ailettes (6a), les parois intérieure (2a) et extérieure (2b) du boîtier (1 ) étant agencées de sorte à obtenir une alternance de premières ailettes (6b) et de secondes ailettes (6a) dans l’espace (E) ménagé entre les parois intérieure (2a) et extérieure (2b). 2. Housing (1) according to the preceding claim, characterized in that an internal face (2b ') of the external wall (2b) of the housing (1) is provided with first fins (6b) and in that a face outer (2a ') of the inner wall (2a) of the housing is provided with second fins (6a), the inner (2a) and outer (2b) walls of the housing (1) being arranged so as to obtain an alternation of first fins (6b) and second fins (6a) in the space (E) formed between the inner (2a) and outer (2b) walls.
3. Boîtier (1 ) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’espace (E) ménagé entre la paroi intérieure (2a) et la paroi extérieure (2b) présente une largeur comprise entre quelques micromètres et quelques millimètres. 3. Housing (1) according to one of the preceding claims, wherein the space (E) formed between the inner wall (2a) and the outer wall (2b) has a width between a few micrometers and a few millimeters.
4. Boîtier (1 ) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le substrat métallisé (5) est un substrat multicouche. 4. Housing (1) according to one of the preceding claims, in which the metallized substrate (5) is a multilayer substrate.
5. Boîtier (1 ) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la résine diélectrique est une résine pure, par exemple du poly(fluorure de vinylidène).
5. Housing (1) according to one of the preceding claims, wherein the dielectric resin is a pure resin, for example poly (vinylidene fluoride).
6. Boîtier (1 ) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la résine diélectrique est une résine composite chargée en particules céramiques ou chargée en particules métalliques. 6. Housing (1) according to one of the preceding claims, wherein the dielectric resin is a composite resin loaded with ceramic particles or loaded with metal particles.
7. Boîtier (1 ) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il est réalisé par fabrication additive directement sur le substrat métallisé (5). 7. Housing (1) according to one of claims 1 to 6, characterized in that it is produced by additive manufacturing directly on the metallized substrate (5).
8. Boîtier (1 ) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il est rapporté et fixé sur le substrat métallisé (5) par brasage ou frittage. 8. Housing (1) according to one of claims 1 to 6, characterized in that it is attached and fixed to the metallized substrate (5) by brazing or sintering.
9. Module électronique de puissance caractérisé en ce qu’il comprend un boîtier (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes formant un condensateur de découplage. 9. Electronic power module characterized in that it comprises a housing (1) according to any one of the preceding claims forming a decoupling capacitor.
10. Procédé de réalisation d’un boîtier (1 ) selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivante : 10. Method for producing a housing (1) according to one of claims 1 to 8, characterized in that it comprises the following steps:
on agence les parois intérieure (2a) et extérieure (2b) du boîtier (1 ) sur le substrat métallisé (5) de sorte à ménager un espace (E) ; the inner (2a) and outer (2b) walls of the housing (1) are arranged on the metallized substrate (5) so as to provide a space (E);
on ferme chacune des parois (2a, 2b) à l’aide du capot supérieur respectif (3a, 3b) ; each of the walls (2a, 2b) is closed using the respective upper cover (3a, 3b);
on injecte la résine diélectrique sous vide à l’intérieur du boîtier (1 ) à travers l’orifice (7) ménagé dans le capot supérieur extérieur (3b) de la paroi extérieure (2b) ; the dielectric resin is injected under vacuum into the interior of the housing (1) through the orifice (7) formed in the outer top cover (3b) of the exterior wall (2b);
on recuit le boîtier (1 ) afin de rigidifier la résine diélectrique.
the housing (1) is annealed in order to stiffen the dielectric resin.
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