WO2020193876A1 - Procédé de fabrication bas cout d'un élément modulaire de commutation de puissance - Google Patents

Procédé de fabrication bas cout d'un élément modulaire de commutation de puissance Download PDF

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WO2020193876A1
WO2020193876A1 PCT/FR2020/000067 FR2020000067W WO2020193876A1 WO 2020193876 A1 WO2020193876 A1 WO 2020193876A1 FR 2020000067 W FR2020000067 W FR 2020000067W WO 2020193876 A1 WO2020193876 A1 WO 2020193876A1
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power switching
bus
switching element
dielectric
laminated
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PCT/FR2020/000067
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Olivier Belnoue
Friedbald KIEL
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Institut Vedecom
Elvia Pcb
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Definitions

  • the present invention relates generally to the field of power electronics. More particularly, the invention relates to a method of inexpensively manufacturing a modular power switching element, as an elementary modular switching brick for the construction of compact and removable power switching assemblies.
  • Power switching modules are necessary for the construction of electronic power devices. These power switching modules can be associated to form switching bridges or associated in parallel to pass the desired current.
  • the switching bridge branches made up of two electronic power switches are elementary power modules that are very widely used for making electronic power devices such as power inverters and converters.
  • the compactness of the power switching modules is an essential characteristic, not only for reducing material costs, but also for achieving the best design compromises. Indeed, compactness is particularly favorable to the reduction of resistive and inductive parasitic elements.
  • the reduction of parasitic inductances, in particular in power bar buses, is important for protecting circuits against potentially destructive overvoltages, improving control of electromagnetic radiation, reducing the heat generated and increasing switching speed.
  • the compactness of the architectures is also required for a judicious use of new power semiconductors, such as silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN) and, soon, diamond. Indeed, the power densities and the higher switching frequencies provided by the new power semiconductors lead to more compactness.
  • 3D architectures are of definite interest in increasing the compactness of modules and power electronic devices.
  • cooling constraints are critical in these architectures and efficient solutions must be implemented. Extraction of the dissipated energy as close as possible to the power chips is necessary in order to keep the temperatures of the components below critical values and to guarantee thermal equilibrium. Double-sided cooling of the power chips is desirable. Efficient coolant systems using heat transfer liquid and / or heat pipes may be required.
  • the invention relates to a method of manufacturing a modular power switching element comprising first and second laminated blocks between which is clamped at least one transistor chip, the first and second laminated blocks respectively comprising first and second busbars on which internal dielectric and conductive layers are laminated.
  • the method comprises, prior to the lamination of the first and second laminated blocks, the production in parallel of a first blank of the first laminate block and of a second blank of the second laminate block, and the production in parallel comprising at least one punching and / or punching operation making at least one orifice in the first bus bar and / or the second bus bar, an embodiment of a dielectric layer covering the inside of the 'orifice and metallization of the interior of the orifice including the dielectric layer.
  • parallel production also comprises at least one stamping operation of the first bus-bar and / or of the second bus-bar producing at least one cavity on one face of the first bus-bar and / or of the second bus. -closed off.
  • parallel manufacturing also comprises at least one die-punching operation cutting at least one section of dielectric prepreg and / or one section of metal foil for producing the internal dielectric and conductive layers.
  • the section of metal foil has a thickness of approximately 17 microns.
  • the metallization of the interior of the orifice comprises an electrolytic deposition of a layer of copper having a thickness of at least 35 microns.
  • the parallel production also comprises at least one operation of electroplating copper or tin.
  • parallel production comprises at least one operation of precise definition of a connection element by photolithography and wet etching.
  • the orifice is dedicated to the electrical interconnection of a control electrode of said at least one transistor chip.
  • the invention also relates to a modular power switching element manufactured by implementing the method as briefly described above.
  • the invention also relates to a removable power switching assembly comprising a plurality of modular elements and at least one assembly and interconnection element having at least one conductive pin housed in holes of the modular elements.
  • FIG. simplified view showing a concept of a compact and removable power switching assembly formed of several modular elements, within the scope of which the present invention is situated.
  • Fig.2 is a simplified sectional view showing a modular power switching element obtained by implementing the method according to the invention.
  • Fig. 3 is a simplified sectional view showing the modular power switching element of Fig. 2 prior to the layering of two laminate blocks forming it.
  • Fig.4 is a simplified sectional view of one step in a succession of manufacturing steps for a first laminate block included in the modular power switching element of Fig.2.
  • Fig.5 is a simplified sectional view of one step in a succession of manufacturing steps for a first laminate block included in the modular power switching element of Fig.2.
  • Fig.6 is a simplified sectional view of one step of a succession of manufacturing steps for a first laminate block included in the modular power switching element of Fig.2.
  • Fig.7 is a simplified sectional view of one step of a succession of manufacturing steps for a first laminate block included in the modular power switching element of Fig.2.
  • Fig.8 is a simplified sectional view of one step in a succession of manufacturing steps for a first laminate block included in the modular power switching element of Fig.2.
  • Fig.9 is a simplified sectional view of one step in a succession of manufacturing steps for a first laminate block included in the modular power switching element of Fig.2.
  • Fig.10 is a simplified sectional view of one step in a succession of manufacturing steps for a first laminate block included in the modular power switching element of Fig.2.
  • Fig.1 1 is a simplified sectional view of one step in a succession of manufacturing steps for a first laminate block included in the modular power switching element of Fig.2.
  • Fig. 12 is a simplified sectional view of one step in a succession of manufacturing steps for a first laminate block included in the modular power switching element of Fig. 2.
  • Fig. 13 is a simplified sectional view of one step in a succession of manufacturing steps for a first laminate block included in the modular power switching element of Fig.2.
  • Fig. 14 is a simplified sectional view of one step of a succession of manufacturing steps for a first laminate block included in the modular power switching element of Fig.2.
  • Fig.15 is a simplified sectional view of one step of a succession of manufacturing steps for a first laminate block included in the modular power switching element of Fig.2.
  • Fig.16 is a simplified sectional view of one step in a succession of manufacturing steps for a first laminate block included in the modular power switching element of Fig.2.
  • Fig. 17 is a simplified sectional view of one step in a succession of manufacturing steps for a first laminate block included in the modular power switching element of Fig. 2.
  • Fig. 18 is a simplified sectional view of one step in a succession of manufacturing steps for a first laminate block included in the modular power switching element of Fig. 2.
  • Fig.19 is a simplified sectional view of one step in a succession of manufacturing steps for a first laminate block included in the modular power switching element of Fig.2.
  • Fig. 20 is a simplified sectional view of one step in a succession of manufacturing steps for a first laminate block included in the modular power switching element of Fig. 2.
  • Fig. 21 is a simplified sectional view of one step in a succession of manufacturing steps for a first laminate block included in the modular power switching element of Fig. 2.
  • Fig. 22 is a simplified sectional view of one step in a succession of manufacturing steps for a second laminate block included in the modular power switching element of Fig. 2.
  • Fig.23 is a simplified sectional view of one step of a succession of manufacturing steps for a second laminate block included in the modular power switching element of Fig.2.
  • Fig. 24 is a simplified sectional view of one step of a succession of manufacturing steps for a second laminate block included in the modular power switching element of Fig.2.
  • Fig. 25 is a simplified sectional view of one step of a succession of manufacturing steps for a second laminate block included in the modular power switching element of Fig.2.
  • Fig. 26 is a simplified sectional view of one step in a succession of manufacturing steps for a second laminate block included in the modular power switching element of Fig. 2.
  • Fig. 27 is a simplified sectional view of one step in a succession of manufacturing steps for a second laminate block included in the modular power switching element of Fig. 2.
  • Fig. 28 is a simplified sectional view of one step in a succession of manufacturing steps for a second laminate block included in the modular power switching element of Fig. 2.
  • Fig. 29 is a simplified sectional view of one step in a succession of manufacturing steps for a second laminate block included in the modular power switching element of Fig. 2.
  • Fig. 30 is a simplified sectional view of one step in a succession of manufacturing steps for a second laminate block included in the modular power switching element of Fig. 2.
  • Fig. 31 is a simplified sectional view of one step in a succession of manufacturing steps for a second laminate block included in the modular power switching element of Fig. 2.
  • the method according to the invention is of particular interest for the construction of a compact and removable power switching assembly, an example of which AS is shown schematically in FIG.
  • AS is shown schematically in FIG.
  • Standard modular elements include a plurality of OR metallized orifices in which are housed conductive assembly pins BR.
  • the assembly and interconnection elements B1 are typically in the form of conductive bars or plates, typically of copper, which carry the conductive assembly pins BR.
  • the BR assembly guide pins are mounted, with clamping, in holes in the guide bar.
  • the metallized orifices OR and the assembly and interconnection elements B1 have the function of ensuring the mechanical assembly and the electrical connections between the modular power switching elements. It will be noted that this concept makes it easier to obtain fluid circulation channels, while maintaining a predetermined distance between the modular elements by means of the pins.
  • FIG. 2 A particular embodiment MP of a modular power switching element obtained by implementing the method of the invention is shown in Fig. 2.
  • the modular MP power switching element is a layered assembly.
  • Two transistor chips CPi and CP2 are here integrated in the modular element MP.
  • the transistor chips CP1 and CP2 are here connected in parallel to pass more current.
  • the modular element MP is obtained by the layering of two laminated blocks BL and BH formed respectively on busbars BBL and BBH.
  • the laminated blocks BL and BH enclose the transistor chips CP1 and CP2 between them.
  • Blanks of BL and BH blocks before lamination are shown in Fig. 3.
  • the stratification of the two blocks BL and BH is typically obtained by pressure (arrows F) and passage through the stratification oven.
  • the polymerization of sections of prepreg DE3 to DE10 and DE12 to DE14 ensure the mechanical fixation of the whole.
  • the solder (Ag) ensures the electrical and mechanical connections of the electrodes of the transistor chips CP1 and CP2.
  • orifices OR1 and OR2 are made respectively in blocks BL and BH.
  • the orifices OR1 and OR2 can be made communicating so as to constitute a through orifice.
  • a drilling for example at the radius laser, can be produced, as well as additional metallization, if necessary.
  • the metallized orifice OR1 in this particular embodiment, makes it possible to bring to the bottom face of the modular element MP a connection to gate electrodes G1, G2, transistor chips CPi and CP2.
  • the blanks of the laminate blocks, BL and BH are produced by parallel manufacturing processes which are detailed below with reference to Figs. 4 to 21 and Figs. 22 to 31.
  • the low-cost manufacturing process according to the invention uses parallel manufacturing processes which reduce manufacturing times and optimize the use of manufacturing facilities and equipment.
  • Punching and stamping and / or die-forging techniques are preferred to reduce the costs of constructing structures. It is thus possible to reduce, or even completely eliminate, different successive phases using photolithography for partial wet deposits and etchings, as well as mechanical or laser machining steps.
  • PCB of "Printed Circuit Board” the techniques of manufacturing printed circuit boards, called PCB of "Printed Circuit Board" in English, which are perfectly mastered and allow low cost manufacturing.
  • a combination of different manufacturing techniques may be used, including lamination, photolithography, metal plating, wet etching and others.
  • TLP soldering transient liquid phase soldering
  • sintering of powder of metallic nanoparticles or diffusion soldering Laser cutting and drilling will also be used.
  • the method according to the invention comprises the production of metallized orifices of the PTH type, for “Plated Through Hole” in English, in particular for the electrical interconnection of the gate electrodes of the transistor chips.
  • the various stages necessary for the production of these metallized orifices are detailed below in the description of the manufacture of the blanks of the laminated blocks BL and BH.
  • various manufacturing steps E1 to E18 involved in the manufacturing process of the blank of the laminated block BL are now described in detail below.
  • Figs. 4 and 5 respectively show a stamping step E1 and a punching step E2 performed on the BBL bus bar. These initial steps E1 and E2 are provided for shaping the top relief of the BBL bus bar and making a through hole TR1. An EV1 cavity is thus obtained on the upper face of the BBL bus bar.
  • the through hole TR1 is here intended for the production of the metallized hole OR1 of the PTH type visible in particular in Fig.2.
  • the through hole TR1 is punched in the cavity EV1.
  • E1 stamping and E2 punching steps can be replaced by conventional photolithography and drilling steps in the case of a prototype or a small series.
  • wet etching to a thickness greater than 35 ⁇ m and electroplating of metal to a thickness of less than 35 ⁇ m will then be performed.
  • FIGS. 6 and 7 respectively show a dielectric filling step E3 and a dielectric layer deposition step E4.
  • step E3 the through hole TR1 is filled with a dielectric resin DE1 of the epoxy type.
  • step E4 a dielectric layer DE2 is deposited in the cavity EV1 and covers the bottom of the latter as well as the filled hole TR1.
  • the dielectric layer DE2 is formed from a prepreg typically composed of dielectric fibers coated with a partially cured epoxy resin.
  • the dielectric layer DE2 is typically cut by die-stamping or punching. It should be noted that in the case of a prototype or a small series, the cutting of the dielectric layer DE2 can be carried out with a laser beam.
  • step E5 shown in Fig. 8, one or section of copper foil or copper pellet CU1, typically having a thickness of 17 miti, is typically cut from a copper foil by die-stamping or die-stamping. -part and is deposited above the dielectric layer DE2. It will be noted that in the case of a prototype or a small series, the cutting of the copper pellet CU1 could be carried out with a laser beam.
  • step E6 shown in FIG. 9, the dielectric resin DE1 and the dielectric layer DE2 are polymerized, typically by passing in the oven.
  • Step E7 shown in Fig. 10, is a drilling operation, typically with a drill or laser beam.
  • the copper foil CU1 as well as the polymerized dielectric resin DE1 filling the through hole TR1 are drilled.
  • the through hole TR1 thus remains covered with a dielectric layer DL1.
  • An operation for cleaning the resin residues, called “desmear” by those skilled in the art, is then carried out, as well as a first metallization operation, by electrodeposition of copper, on the upper face of the blank of the BL block and inside the through hole TR1.
  • Steps E8 and E9 shown in Figs.1 1 and 12, correspond to a photolithography operation for the production of MA1 protection on a circumferential trench RA1 around the copper pellet CU1.
  • a photoresist resin PR1, deposited in step E8, and exposure to ultraviolet radiation through a mask make it possible to obtain MA1 protection.
  • Step E10 shown in Fig. 13, is a second metallization operation, by electroplating copper.
  • This metallization makes it possible to obtain a layer of copper CU2 which covers the inside of the through hole TR1 with its dielectric layer DL1 and the upper face of the blank of the block BL, with the exception of the circumferential trench RA1.
  • step E1 1 shown in Fig. 14, an electroplating operation is performed to deposit a layer of tin Sn above the copper layer CU2 produced in step E13 and inside the through hole TR1.
  • step E12 shown in Fig. 15, the MA1 protection formed of photoresist resin is pickled and wet etching of the copper is carried out.
  • the wet etching of the copper mainly takes place in the trench RA1 and makes it possible to obtain a precise definition for the copper pellet CU1 as a connecting element.
  • Step E13 shown in Fig. 16, is an operation of stripping the layer of tin Sn which removes it from the layer of copper CU2 and from the interior of the through hole TR1.
  • steps E14 and E15 shown in Figs. 17 and 18, the trench RA1 is filled with a dielectric resin of the epoxy type and sections of prepreg DE3 to DE7 are deposited on the upper face of the blank of the block BL so as to define welding cavities CA1 to CA4.
  • the sections of prepreg DE3, DE4, DE6 and DE7 are placed above the filled trenches RA1 and the section of prepreg DE5 is placed above the through hole TR1.
  • the sections of prepreg DE3 to DE7 are typically cut by stamping or punching. It will be noted that in the case of a prototype or a small series, the cutting of the sections of prepreg DE3 to DE7 can be carried out with a laser beam.
  • Step E16 corresponds to filling the solder cavities CA1 to CA4 with Ag silver solder.
  • the printing stencil technique is typically used for the deposition of solder in the solder. cavities CA1 to CA4. Note that in the case of a prototype or a small series, the dispensing syringe technique can also be used to distribute the solder.
  • Step E17 corresponds to placing the transistor chips CPi and CP2 at locations EP1 and EP2, respectively.
  • the transistor chip CP1 is thus placed above the solder cavities CA1 and CA2 which, together with the solder, are intended to form interconnection points with source S1 and gate G1 electrodes of the transistor chip CP1.
  • the transistor chip CP2 sits above the solder cavities CA3 and CA4 which, along with the solder, are intended to form interconnection points with gate G2 and source S2 electrodes of the transistor chip CP2.
  • step E18 shown in FIG. 21, the transistor chips CP1 and CP2 are located at their respective locations EP1 and EP2 and sections of prepreg DE8, DE9 and DE10 are deposited on the upper face of the blank of the block BL, respectively above the prepreg sections DE3, DE5 and DE7, so as to fill in the recesses remaining around the transistor chips CP1 and CP2.
  • step E18 the blank of the laminate block BL is completed and is in the state shown in Fig. 3, that is to say, in a state where the prepreg sections DE3 to DE10 are not not yet cured and the blank is ready for lamination with the blank of the BH laminate block.
  • Fig. 22 shows a punching step E19 which is carried out on the bus bar BBH.
  • This step E19 makes it possible to obtain a through hole TR2 which is here intended for the production of the metallized hole OR2 of the PTH type visible in Fig.2.
  • the punching can in this step E19 be replaced by a drilling / milling operation.
  • Figs. 23 and 24 respectively show a dielectric filling step E20 and a polymerization step E21.
  • step E20 the through hole TR2 is filled with a dielectric resin DE11 of the epoxy type.
  • step E21 the dielectric resin DE11 is polymerized, typically by baking.
  • Step E22 shown in Fig. 25, is a drilling operation, typically with a drill or laser beam.
  • the polymerized dielectric filling the through hole TR2 is drilled.
  • the through hole TR2 remains covered with a dielectric layer DL2, with a dielectric flange CD present at the top opening of the through hole TR2.
  • a resin residue cleaning operation is also performed to prepare the metallization.
  • steps E23 and E24 correspond respectively to a first metallization by electroplating of copper and a second metallization by electrolytic deposition of copper for the production of a layer of copper CU3 covering the dielectric layer DL2 of the through hole TR2 and the upper face of the blank of the block BH.
  • the thickness of the copper deposit obtained with the second metallization will be greater than 35 ⁇ m.
  • step E25 shown in Fig. 28, an electroplating operation is performed to deposit a layer of tin Sn above the layer of copper CU2 and inside the through hole TR2.
  • steps E26 comprising wet etching by photolithography and etching of the layer of tin Sn. Wet etching makes it possible to produce a circumferential trench RA2 around the top opening of the through hole TR2.
  • step E27 shown in Figs.30, the trench RA2 is filled with a dielectric resin of the epoxy type and sections of prepreg DE12 to DE14 are deposited on the upper face of the blank of the block BH so as to define CA5 and CA6 welding cavities.
  • the section of prepreg DE13 covers the through hole TR2 and the filled trench RA2.
  • the sections of prepreg DE12 to DE14 are typically cut by die-stamping or punching. It should be noted that in the case of a prototype or a small series, the cutting of the sections of prepreg DE12 to DE14 can be carried out with a laser beam.
  • Step E28 shown in Fig. 31, corresponds to filling the solder cavities CA5 and CA6 with Ag silver solder.
  • the printing stencil technique is typically used for the deposition of solder in the solder.
  • CA5 and CA6 cavities are typically used for the deposition of solder in the solder.
  • the dispensing syringe technique can also be used to distribute the solder.
  • step E28 the blank of the block BH is completed and this is then assembled to the blank of the block BL.
  • the assembly and the stratification of the blocks BL and BH is carried out as described above with reference to Figs. 2 and 3.
  • the solder contained in the cavities CA5 and CA6 makes it possible to solder the drain electrodes of the transistor chips CP1 and CP2 on the BBH bar bus.

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Abstract

Le procédé de l'invention Le procédé est conçu pour la fabrication d'un élément modulaire de commutation de puissance (MP) comprenant des premier et deuxième blocs stratifiés (BL, BH) entre lesquels est enserrée au moins une puce de transistor (CP-i, CP2). Les premier et deuxième blocs stratifiés comportent respectivement des premier et deuxième bus-barres (BBL, BBH) sur lesquels sont stratifiées des couches internes diélectriques et conductrices. Le procédé comprend, préalablement à la stratification des premier et deuxième blocs stratifiés, la fabrication en parallèle d'une première ébauche du premier bloc stratifié (BL) et d'une deuxième ébauche du deuxième bloc stratifié (BH), cette fabrication en parallèle comprenant au moins une opération de poinçonnage et/ou matriçage à l'emporte-pièce réalisant au moins un orifice (OR1, OR2) dans le premier bus-barre et/ou le deuxième bus-barre, une réalisation d'une couche diélectrique (DL1, DL2) recouvrant l'intérieur de l'orifice et une métallisation (CU2, CU3) de l'intérieur de l'orifice incluant la couche diélectrique.

Description

PROCÉDÉ DE FABRICATION BAS COÛT D’UN ÉLÉMENT MODULAIRE DE
COMMUTATION DE PUISSANCE
La présente invention revendique la priorité de la demande française 1903229 déposée le 28 mars 2019 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
La présente invention concerne de manière générale le domaine de l’électronique de puissance. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à un procédé de fabrication bas coût d’un élément modulaire de commutation de puissance, en tant que brique modulaire élémentaire de commutation pour la construction d’ensembles de commutation de puissance compacts et démontables.
Les modules de commutation de puissance sont nécessaires pour la construction des dispositifs électroniques de puissance. Ces modules de commutation de puissance peuvent être associés pour former des ponts de commutation ou associés en parallèle pour passer le courant voulu. Les branches de pont de commutation composés de deux interrupteurs électroniques de puissance sont des modules de puissance élémentaires très largement répandus pour la réalisation de dispositifs électroniques de puissance tels que des onduleurs et convertisseurs de puissance.
Dans l’état actuel de la technique, il est habituel de faire appel à des processus de fabrication dans lesquels les modules de commutation en cours de réalisation sont acheminés en série et passent par différentes étapes comprenant la réalisation de la structure, la mise en place des composants et puces électroniques et la réalisation des interconnexions électriques. La structure requiert différents processus sérialisés qui impactent les coûts de manière conséquente. Plusieurs étapes de retrait de matière faisant notamment appel au découpage et au perçage sont habituellement nécessaires. Des phases successives faisant appel à la photolithographie sont effectuées pour des dépôts et des gravures humides partiels, ainsi que des étapes de perçage par foret ou rayon laser de micro-trous, dits « microvias », qui sont ensuite remplis de cuivre pour interconnecter des composants enterrés. Des techniques de soudure telles que, par exemple, le brasage, la soudure en phase liquide transitoire dite soudure TLP ou le frittage de poudre de nanoparticules métalliques sont employées pour les interconnexions électriques. Par ailleurs, il est fréquemment utilisée la technologie dite HDI, de « High Density Interconnect » en anglais, qui fait appel à des processus de fabrication pouvant comprendre un grand nombre phases successives.
Par ailleurs, dans l’état de la technique, il est connu pour la réalisation de modules de commutation de puissance, d’encapsuler les puces de puissance en faisant à appel une technologie dérivée de la technologie dite « IMS » (pour « Insulated Métal Substrate »). La puce est implantée dans une structure en sandwich entre deux plaques conductrices en cuivre. Des techniques de dépôt électrolytique de cuivre et de frittage d’argent sont utilisées pour l’interconnexion électrique de la puce. Des diélectriques composés de résines de type époxy, renforcées ou pas à la fibre de verre, ou de polyimides, sont utilisés pour l’isolation électrique.
Les besoins actuels poussent vers une recherche de davantage de modularité notamment pour permettre la réalisation de différents circuits, du plus simple au plus complexe, à partir de la même brique modulaire élémentaire, accroître la standardisation et réduire les coûts. Par ailleurs, une modularité plus poussée permet de réduire la valeur du rebus de fabrication, compte-tenu de la possibilité de tester la fonctionnalité au niveau des briques modulaires élémentaires.
La compacité des modules de commutation de puissance est une caractéristique essentielle, non seulement pour la réduction des coûts matières, mais aussi pour atteindre les meilleurs compromis de conception. En effet, la compacité est favorable notamment à la réduction des éléments parasites résistifs et inductifs. La réduction des inductances parasites, notamment dans les bus barres de puissance, est importante pour protéger les circuits contre des surtensions potentiellement destructrices, améliorer la maîtrise des rayonnements électromagnétiques, réduire la chaleur générée et augmenter la vitesse de commutation.
La compacité des architectures est aussi requise pour une utilisation judicieuse de nouveaux semi-conducteurs de puissance, comme aujourd’hui le carbure de silicium (SiC) et le nitrure de gallium (GaN) et, prochainement, le diamant. En effet, les densités de puissance et les fréquences de commutation plus élevées apportées par les nouveaux semi-conducteurs de puissance poussent à davantage de compacité. Les architectures 3D présentent un intérêt certain pour accroître la compacité des modules et des dispositifs électroniques de puissance. Cependant, les contraintes de refroidissement sont critiques dans ces architectures et des solutions efficientes doivent y être implémentées. Une extraction de l’énergie dissipée au plus près des puces de puissance est nécessaire afin de maintenir les températures des composants en dessous de valeurs critiques et garantir l’équilibre thermique. Un refroidissement double face des puces de puissance est souhaitable. Des dispositifs de refroidissement performants par liquide caloporteur et/ou faisant appel à des caloducs peuvent être requis.
Les architectures qui facilitent la réalisation des dispositifs du type dits « SiP » (pour « System in Package » en anglais) sont intéressantes pour le bénéfice qu’elles apportent en termes de niveau d’intégration et de compacité. Une architecture de module de commutation de puissance qui autorise de la flexibilité dans la localisation spatiale des électrodes est intéressante pour la réalisation des dispositifs « SiP ».
La démontabilité des architectures, jusqu’à la brique la plus élémentaire possible, est un atout appréciable pour la réparabilité. La technologie dite "press-pack", dans laquelle les contacts électriques sont assurés à l’aide de moyens mécaniques de pression ou serrage, permet de réaliser des briques modulaires élémentaires testables et remplaçables, tout en apportant une amélioration de la fiabilité dans les applications à cyclages thermiques sévères, par l’élimination des soudures.
Il apparaît aujourd’hui souhaitable de proposer un procédé de fabrication bas coût d’un élément modulaire de commutation de puissance pouvant servir de brique modulaire élémentaire de commutation pour la construction d’ensembles de commutation de puissance compacts et démontables. Un tel procédé doit être adapté pour l’intégration des nouveaux semi-conducteurs de puissance SiC et GaN, ainsi que pour les technologies 3D et « press-pack ».
Selon un premier aspect, l’invention concerne un procédé de fabrication d’un élément modulaire de commutation de puissance comprenant des premier et deuxième blocs stratifiés entre lesquels est enserrée au moins une puce de transistor, les premier et deuxième blocs stratifiés comportant respectivement des premier et deuxième bus- barres sur lesquels sont stratifiées des couches internes diélectriques et conductrices. Conformément à l’invention, le procédé comprend, préalablement à la stratification des premier et deuxième blocs stratifiés, la fabrication en parallèle d’une première ébauche du premier bloc stratifié et d’une deuxième ébauche du deuxième bloc stratifié, et la fabrication en parallèle comprenant au moins une opération de poinçonnage et/ou matriçage à l’emporte-pièce réalisant au moins un orifice dans le premier bus-barre et/ou le deuxième bus-barre, une réalisation d’une couche diélectrique recouvrant l’intérieur de l’orifice et une métallisation de l’intérieur de l’orifice incluant la couche diélectrique.
Selon une caractéristique particulière, la fabrication en parallèle comprend également au moins une opération d’estampage du premier bus-barre et/ou du deuxième bus- barre réalisant au moins une cavité sur une face du premier bus-barre et/ou du deuxième bus-barre.
Selon une autre caractéristique particulière, la fabrication en parallèle comprend également au moins une opération de matriçage à l’emporte-pièce découpant au moins un tronçon de préimprégné diélectrique et/ou un tronçon de feuille métallique pour la réalisation des couches internes diélectriques et conductrices.
Selon encore une autre caractéristique particulière, le tronçon de feuille métallique a une épaisseur de sensiblement 17 microns.
Selon encore une autre caractéristique particulière, la métallisation de l’intérieur de l’orifice comporte un dépôt électrolytique d’une couche de cuivre ayant une épaisseur d’au moins 35 microns.
Selon encore une autre caractéristique particulière, la fabrication en parallèle comprend également au moins une opération d’électrodéposition de cuivre ou d’étain.
Selon encore une autre caractéristique particulière, la fabrication en parallèle comporte au moins une opération de définition précise d’un élément de connexion par photolithographie et gravure humide.
Selon encore une autre caractéristique particulière, l’orifice est dédié à l’interconnexion électrique d’une électrode de commande de ladite au moins une puce de transistor. L’invention concerne aussi un élément modulaire de commutation de puissance fabriqué par la mise en œuvre du procédé tel que décrit brièvement ci-dessus.
L’invention concerne aussi un ensemble de commutation de puissance démontable comprenant une pluralité d’éléments modulaires et au moins un élément d’assemblage et d’interconnexion ayant au moins une broche conductrice logée dans des orifices des éléments modulaires.
D’autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous d’une forme de réalisation particulière de l’invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : La Fig.1 est une vue simplifiée montrant un concept d’un ensemble de commutation de puissance compact et démontable formé de plusieurs éléments modulaires, dans le cadre duquel se situe la présente invention.
La Fig.2 est une vue simplifiée en coupe montrant un élément modulaire de commutation de puissance obtenu par la mise en œuvre du procédé selon l’invention. La Fig.3 est une vue simplifiée en coupe montrant l’élément modulaire de commutation de puissance de la Fig.2 préalablement à la stratification de deux blocs stratifiés formant celui-ci.
Fig.4 est une vue simplifiée en coupe d’une étape d’une succession d’étapes de fabrication pour un premier bloc stratifié compris dans l’élément modulaire de commutation de puissance de la Fig.2.
Fig.5 est une vue simplifiée en coupe d’une étape d’une succession d’étapes de fabrication pour un premier bloc stratifié compris dans l’élément modulaire de commutation de puissance de la Fig.2.
Fig.6 est une vue simplifiée en coupe d’une étape d’une succession d’étapes de fabrication pour un premier bloc stratifié compris dans l’élément modulaire de commutation de puissance de la Fig.2. Fig.7 est une vue simplifiée en coupe d’une étape d’une succession d’étapes de fabrication pour un premier bloc stratifié compris dans l’élément modulaire de commutation de puissance de la Fig.2.
Fig.8 est une vue simplifiée en coupe d’une étape d’une succession d’étapes de fabrication pour un premier bloc stratifié compris dans l’élément modulaire de commutation de puissance de la Fig.2.
Fig.9 est une vue simplifiée en coupe d’une étape d’une succession d’étapes de fabrication pour un premier bloc stratifié compris dans l’élément modulaire de commutation de puissance de la Fig.2. Fig.10 est une vue simplifiée en coupe d’une étape d’une succession d’étapes de fabrication pour un premier bloc stratifié compris dans l’élément modulaire de commutation de puissance de la Fig.2.
Fig.1 1 est une vue simplifiée en coupe d’une étape d’une succession d’étapes de fabrication pour un premier bloc stratifié compris dans l’élément modulaire de commutation de puissance de la Fig.2.
Fig.12 est une vue simplifiée en coupe d’une étape d’une succession d’étapes de fabrication pour un premier bloc stratifié compris dans l’élément modulaire de commutation de puissance de la Fig.2.
Fig.13 est une vue simplifiée en coupe d’une étape d’une succession d’étapes de fabrication pour un premier bloc stratifié compris dans l’élément modulaire de commutation de puissance de la Fig.2.
Fig.14 est une vue simplifiée en coupe d’une étape d’une succession d’étapes de fabrication pour un premier bloc stratifié compris dans l’élément modulaire de commutation de puissance de la Fig.2. Fig.15 est une vue simplifiée en coupe d’une étape d’une succession d’étapes de fabrication pour un premier bloc stratifié compris dans l’élément modulaire de commutation de puissance de la Fig.2. Fig.16 est une vue simplifiée en coupe d’une étape d’une succession d’étapes de fabrication pour un premier bloc stratifié compris dans l’élément modulaire de commutation de puissance de la Fig.2.
Fig.17 est une vue simplifiée en coupe d’une étape d’une succession d’étapes de fabrication pour un premier bloc stratifié compris dans l’élément modulaire de commutation de puissance de la Fig.2.
Fig.18 est une vue simplifiée en coupe d’une étape d’une succession d’étapes de fabrication pour un premier bloc stratifié compris dans l’élément modulaire de commutation de puissance de la Fig.2. Fig.19 est une vue simplifiée en coupe d’une étape d’une succession d’étapes de fabrication pour un premier bloc stratifié compris dans l’élément modulaire de commutation de puissance de la Fig.2.
Fig.20 est une vue simplifiée en coupe d’une étape d’une succession d’étapes de fabrication pour un premier bloc stratifié compris dans l’élément modulaire de commutation de puissance de la Fig.2.
Fig.21 est une vue simplifiée en coupe d’une étape d’une succession d’étapes de fabrication pour un premier bloc stratifié compris dans l’élément modulaire de commutation de puissance de la Fig.2.
Fig.22 est une vue simplifiée en coupe d’une étape d’une succession d’étapes de fabrication pour un deuxième bloc stratifié compris dans l’élément modulaire de commutation de puissance de la Fig.2.
Fig.23 est une vue simplifiée en coupe d’une étape d’une succession d’étapes de fabrication pour un deuxième bloc stratifié compris dans l’élément modulaire de commutation de puissance de la Fig.2. Fig.24 est une vue simplifiée en coupe d’une étape d’une succession d’étapes de fabrication pour un deuxième bloc stratifié compris dans l’élément modulaire de commutation de puissance de la Fig.2. Fig.25 est une vue simplifiée en coupe d’une étape d’une succession d’étapes de fabrication pour un deuxième bloc stratifié compris dans l’élément modulaire de commutation de puissance de la Fig.2.
Fig.26 est une vue simplifiée en coupe d’une étape d’une succession d’étapes de fabrication pour un deuxième bloc stratifié compris dans l’élément modulaire de commutation de puissance de la Fig.2.
Fig.27 est une vue simplifiée en coupe d’une étape d’une succession d’étapes de fabrication pour un deuxième bloc stratifié compris dans l’élément modulaire de commutation de puissance de la Fig.2. Fig.28 est une vue simplifiée en coupe d’une étape d’une succession d’étapes de fabrication pour un deuxième bloc stratifié compris dans l’élément modulaire de commutation de puissance de la Fig.2.
Fig.29 est une vue simplifiée en coupe d’une étape d’une succession d’étapes de fabrication pour un deuxième bloc stratifié compris dans l’élément modulaire de commutation de puissance de la Fig.2.
Fig.30 est une vue simplifiée en coupe d’une étape d’une succession d’étapes de fabrication pour un deuxième bloc stratifié compris dans l’élément modulaire de commutation de puissance de la Fig.2.
Fig.31 est une vue simplifiée en coupe d’une étape d’une succession d’étapes de fabrication pour un deuxième bloc stratifié compris dans l’élément modulaire de commutation de puissance de la Fig.2.
Le procédé selon l’invention présente un intérêt particulier pour la construction d’un ensemble de commutation de puissance compact et démontable dont un exemple AS est montré schématiquement à la Fig.1 . Comme montré à la Fig.1 , le concept de l’ensemble de commutation de puissance démontable AS repose sur l’assemblage de plusieurs éléments modulaires de commutation de puissance standard 1 A, 1 B, 1 C, ... , à l’aide d’éléments d’assemblage et d’interconnexion standard BIA. Les éléments modulaires standard comportent une pluralité d’orifices métallisés OR dans lesquels se logent des broches conductrices d’assemblage BR. Les éléments d’assemblage et d’interconnexion Bl se présentent typiquement sous la forme de barres ou plaquettes conductrices, typiquement en cuivre, qui portent les broches conductrices d’assemblage BR. Les broches conductrices d’assemblage BR sont montées, avec serrage, dans des orifices de la barre conductrice. Les orifices métallisés OR et les éléments d’assemblage et d’interconnexion Bl ont pour fonction d’assurer l’assemblage mécanique et les liaisons électriques entre les éléments modulaires de commutation de puissance. On notera que ce concept facilite l’obtention de canaux de circulation de fluide, en maintenant un écartement prédéterminé entre les éléments modulaires au moyen des broches.
Une forme de réalisation particulière MP d’un élément modulaire de commutation de puissance obtenu par la mise en œuvre du procédé de l’invention est montrée à la Fig.2.
L’élément modulaire de commutation de puissance MP, montré à la Fig.2 de manière partielle, est un ensemble stratifié. Deux puces de transistor CPi et CP2 sont ici intégrées dans l’élément modulaire MP. Les puces de transistors CP1 et CP2 sont ici connectées en parallèle pour passer davantage de courant. Comme visible à la Fig.2, l’élément modulaire MP est obtenu par la stratification de deux blocs stratifiés BL et BH formés respectivement sur des bus-barres BBL et BBH. Les blocs stratifiés BL et BH enserrent entre eux les puces de transistor CP1 et CP2.
Des ébauches des blocs BL et BH avant la stratification sont montrés à la Fig.3. La stratification des deux blocs BL et BH est obtenue typiquement par pression (flèches F) et passage au four de stratification. La polymérisation de tronçons de préimprégné DE3 à DE10 et DE12 à DE14 assurent la fixation mécanique de l’ensemble. La soudure (Ag) assure les connexions électriques et mécaniques des électrodes des puces de transistor CP1 et CP2.
Dans cet exemple de réalisation, comme visible aux Figs.2 et 3, des orifices OR1 et OR2 sont réalisés respectivement dans les blocs BL et BH. Comme cela apparaît à la Fig.2, postérieurement à la stratification des blocs BL et BH, les orifices OR1 et OR2 pourront être rendus communiquant de façon à constituer un orifice traversant. Pour cela, après la stratification des blocs BL et BH, un perçage, par exemple au rayon laser, pourra être réalisé, ainsi qu’un complément de métallisation, si nécessaire. On notera que l’orifice métallisé OR1 , dans cette forme de réalisation particulière, permet d’amener sur la face basse de l’élément modulaire MP une connexion à des électrodes de grille G1 , G2, des puces de transistor CPi et CP2.
Conformément au procédé de l’invention, les ébauches des blocs stratifiés, BL et BH, sont réalisées par des processus de fabrication parallèles qui sont détaillés plus bas en référence aux Figs.4 à 21 et Figs.22 à 31 .
Le procédé de fabrication bas coût selon l’invention fait appel à des processus de fabrication parallèles qui permettent de réduire les temps de fabrication et permettent d’optimiser au mieux l’usage des installations et équipements de fabrication. Des techniques de poinçonnage et d’estampage et/ou de matriçage à l’emporte-pièce sont privilégiées pour réduire les coûts de réalisation des structures. Il est ainsi possible de réduire, voire supprimer totalement, différentes phases successives faisant appel à la photolithographie pour des dépôts et des gravures humides partiels, ainsi que des étapes d’usinage mécanique ou au rayon laser. Par ailleurs, il est utilisé les techniques de fabrication des cartes à circuit imprimé, dites PCB de « Printed Circuit Board » en anglais, qui sont parfaitement maîtrisées et permettent une fabrication à faible coût. De manière générale, outre le poinçonnage, l’estampage et/ou le matriçage à l’emporte-pièce, il pourra être fait appel à une combinaison de différentes techniques de fabrication comprenant la stratification, la photolithographie, l’électrodéposition de métal, la gravure humide et d’autres. Pour l’interconnexion des puces de puissance, il pourra être fait appel à la soudure en phase liquide transitoire dite soudure TLP, le frittage de poudre de nanoparticules métalliques ou la soudure par diffusion. La découpe et le perçage laser seront également utilisés.
Le procédé selon l’invention comporte la réalisation d’orifices métallisés de type PTH, pour « Plated Through Hole » en anglais, notamment pour l’interconnexion électrique des électrodes de grille des puces de transistors. Les différentes étapes nécessaires à la réalisation de ces orifices métallisés sont détaillées plus bas dans la description de la fabrication des ébauches des blocs stratifiés BL et BH. En référence aux Figs.4 à 21 , il est maintenant décrit en détail ci-dessous différentes étapes de fabrication E1 à E18 intervenant dans le processus de fabrication de l’ébauche du bloc stratifié BL.
Les Figs.4 et 5 montrent respectivement une étape d’estampage E1 et une étape de poinçonnage E2 réalisées sur le bus-barre BBL. Ces étapes initiales E1 et E2 sont prévues pour la mise en forme du relief haut du bus-barre BBL et la réalisation d’un trou traversant TR1 . Une cavité EV1 est ainsi obtenue sur la face haute du bus-barre BBL. Le trou traversant TR1 est ici destiné à la réalisation de l’orifice métallisé OR1 de type PTH visible notamment à la Fig.2. Le trou traversant TR1 est poinçonné dans la cavité EV1 .
On notera que les étapes d’estampage E1 et de poinçonnage E2 pourront être remplacées par des étapes classiques de photolithographie et de perçage dans le cas d’un prototype ou d’une petite série. Typiquement, une gravure humide sur une épaisseur supérieure à 35 pm et une électrodéposition de métal sur une épaisseur inférieure à 35 pm seront alors réalisées.
Les Figs.6 et 7 montrent respectivement une étape de remplissage de diélectrique E3 et une étape de dépôt de couche diélectrique E4. A l’étape E3, le trou traversant TR1 est rempli avec une résine diélectrique DE1 du type époxy. A l’étape E4, une couche diélectrique DE2 est déposée dans la cavité EV1 et recouvre le fond de celle-ci ainsi que le trou rempli TR1 . La couche diélectrique DE2 est formée d’un préimprégné composé typiquement de fibres diélectriques enduites d’une résine de type époxy partiellement polymérisée. La couche diélectrique DE2 est découpée typiquement par matriçage ou estampage à l’emporte-pièce. On notera que dans le cas d’un prototype ou d’une petite série, le découpage de la couche diélectrique DE2 pourra être effectué au rayon laser.
A l’étape E5, montrée à la Fig.8, un ou tronçon de feuille de cuivre ou pastille de cuivre CU1 , ayant typiquement une épaisseur de 17 miti, est découpée typiquement dans une feuille de cuivre par matriçage ou estampage à l’emporte-pièce et est déposée au-dessus de la couche diélectrique DE2. On notera que dans le cas d’un prototype ou d’une petite série, le découpage de la pastille de cuivre CU1 pourra être effectué au rayon laser. A l’étape E6, montrée à la Fig.9, la résine diélectrique DE1 et la couche diélectrique DE2 sont polymérisées, typiquement par passage au four.
L’étape E7, montrée à la Fig.10, est une opération de perçage, typiquement au foret ou au rayon laser. La feuille de cuivre CU1 ainsi que la résine diélectrique DE1 polymérisée remplissant le trou traversant TR1 sont percés. Le trou traversant TR1 reste ainsi recouvert d’une couche diélectrique DL1 . Une opération de nettoyage des résidus de résine, dite « desmear » par l’homme du métier, est ensuite effectuée, ainsi qu’une première opération de métallisation, par électrodéposition de cuivre, sur la face haute de l’ébauche du bloc BL et à l’intérieur du trou traversant TR1 .
Les étapes E8 et E9, montrées aux Figs.1 1 et 12, correspondent à une opération de photolithographie pour la réalisation d’une protection MA1 sur une tranchée circonférentielle RA1 autour de la pastille de cuivre CU1 . Une résine photorésist PR1 , déposée à l’étape E8, et une exposition à un rayonnement ultraviolet à travers un masque permettent d’obtenir la protection MA1 .
L’étape E10, montrée à la Fig.13, est une deuxième opération de métallisation, par dépôt électrolytique de cuivre. Cette métallisation permet d’obtenir une couche de cuivre CU2 qui recouvre l’intérieur du trou traversant TR1 avec sa couche diélectrique DL1 et la face haute de l’ébauche du bloc BL, à l’exception de la tranchée circonférentielle RA1 .
A l’étape E1 1 , montrée à la Fig.14, une opération d’électrodéposition est effectuée pour déposer une couche d’étain Sn au-dessus de la couche de cuivre CU2 réalisée à l’étape E13 et à l’intérieur du trou traversant TR1 .
A l’étape E12, montrée à la Fig.15, la protection MA1 formée de résine photorésist est décapée et une gravure humide du cuivre est réalisée. La gravure humide du cuivre intervient essentiellement dans la tranchée RA1 et permet d’obtenir une définition précise pour la pastille de cuivre CU1 en tant qu’élément de connexion.
L’étape E13, montrée à la Fig.16, est une opération de décapage de la couche d’étain Sn qui retire celle-ci de la couche de cuivre CU2 et de l’intérieur du trou traversant TR1 . Aux étapes E14 et E15, montrées aux Figs.17 et 18, la tranchée RA1 est comblée avec une résine diélectrique de type époxy et des tronçons de préimprégné DE3 à DE7 sont déposés sur la face haute de l’ébauche du bloc BL de façon à définir des cavités de soudure CA1 à CA4. Les tronçons de préimprégné DE3, DE4, DE6 et DE7 sont placés au-dessus des tranchées comblées RA1 et le tronçon de préimprégné DE5 est placé au-dessus du trou traversant TR1 . Les tronçons de préimprégné DE3 à DE7 sont découpés typiquement par matriçage ou estampage à l’emporte-pièce. On notera que dans le cas d’un prototype ou d’une petite série, le découpage des tronçons de préimprégné DE3 à DE7 pourra être effectué au rayon laser.
L’étape E16, montrée à la Fig.19, correspond à un remplissage des cavités de soudure CA1 à CA4 avec une soudure à l’argent Ag. La technique du pochoir d’impression est utilisée typiquement pour le dépôt de la soudure dans les cavités CA1 à CA4. On notera que dans le cas d’un prototype ou d’une petite série, la technique de la seringue de distribution pourra être également utilisée pour distribuer la soudure.
L’étape E17, montrée à la Fig.20, correspond à la mise en place des puces de transistor CPi et CP2 à des emplacements EP1 et EP2, respectivement. La puce de transistor CP1 est ainsi posée au-dessus des cavités de soudure CA1 et CA2 qui, avec la soudure, sont destinées à former des points d’interconnexion avec des électrodes de source S1 et de grille G1 de la puce de transistor CP1. La puce de transistor CP2 est posée au-dessus des cavités de soudure CA3 et CA4 qui, avec la soudure, sont destinées à former des points d’interconnexion avec des électrodes de grille G2 et de source S2 de la puce de transistor CP2.
A l’étape E18, montrée à la Fig.21 , les puces de transistor CP1 et CP2 sont situées à leurs emplacements respectifs EP1 et EP2 et des tronçons de préimprégné DE8, DE9 et DE10 sont déposés sur la face haute de l’ébauche du bloc BL, respectivement au- dessus des tronçons de préimprégné DE3, DE5 et DE7, de façon à combler des évidements restant autour des puces de transistor CP1 et CP2.
A l’étape E18, l’ébauche du bloc stratifié BL est achevée et est dans l’état montré à la Fig.3, c’est-à-dire, dans un état où les tronçons de préimprégné DE3 à DE10 ne sont pas encore polymérisés et où l’ébauche est prête pour une stratification avec l’ébauche du bloc stratifié BH.
En référence aux Figs.22 à 31 , il est maintenant décrit en détail ci-dessous différentes étapes de fabrication E19 à E28 intervenant dans le processus de fabrication de l’ébauche du bloc stratifié BH.
La Fig.22 montre une étape de poinçonnage E19 qui est réalisée sur le bus-barre BBH. Cette étape E19 permet l’obtention d’un trou traversant TR2 qui est ici destiné à la réalisation de l’orifice métallisé OR2 de type PTH visible à la Fig.2. Dans le cas d’un prototype ou d’une petite série, on notera que le poinçonnage pourra dans cette étape E19 être remplacé par une opération de perçage/fraisage.
Les Figs.23 et 24 montrent respectivement une étape de remplissage de diélectrique E20 et une étape de polymérisation E21 . A l’étape E20, le trou traversant TR2 est rempli avec une résine diélectrique DE1 1 du type époxy. A l’étape E21 , la résine diélectrique DE1 1 est polymérisée, typiquement par passage au four.
L’étape E22, montrée à la Fig.25, est une opération de perçage, typiquement au foret ou au rayon laser. Le diélectrique polymérisé remplissant le trou traversant TR2 est percé. Le trou traversant TR2 reste recouvert d’une couche diélectrique DL2, avec une collerette diélectrique CD présente au niveau de l’ouverture haute du trou traversant TR2. Une opération de nettoyage des résidus de résine est aussi effectuée pour préparer la métallisation.
Les étapes suivantes E23 et E24, montrées aux Figs.26 et 27, correspondent respectivement à une première métallisation par électrodéposition de cuivre et une deuxième métallisation par dépôt électrolytique de cuivre pour la réalisation d’une couche de cuivre CU3 recouvrant la couche diélectrique DL2 du trou traversant TR2 et la face haute de l’ébauche du bloc BH. De préférence, l’épaisseur du dépôt de cuivre obtenu avec la deuxième métallisation sera supérieure à 35 pm.
A l’étape E25, montrée à la Fig.28, une opération d’électrodéposition est effectuée pour déposer une couche d’étain Sn au-dessus de la couche de cuivre CU2 et à l’intérieur du trou traversant TR2. A la Fig.29, l’ébauche du bloc BH est montrée dans l’état obtenu après la réalisation d’étapes E26 comprenant une gravure humide par photolithographie et un décapage de la couche d’étain Sn. La gravure humide permet de réaliser une tranchée circonférentielle RA2 autour de l’ouverture haute du trou traversant TR2.
A l’étape E27, montrée à la Figs.30, la tranchée RA2 est comblée avec une résine diélectrique de type époxy et des tronçons de préimprégné DE12 à DE14 sont déposés sur la face haute de l’ébauche du bloc BH de façon à définir des cavités de soudure CA5 et CA6. Le tronçon de préimprégné DE13 couvre le trou traversant TR2 et la tranchée comblée RA2. Les tronçons de préimprégné DE12 à DE14 sont découpés typiquement par matriçage ou estampage à l’emporte-pièce. On notera que dans le cas d’un prototype ou d’une petite série, le découpage des tronçons de préimprégné DE12 à DE14 pourra être effectué au rayon laser.
L’étape E28, montrée à la Fig.31 , correspond à un remplissage des cavités de soudure CA5 et CA6 avec une soudure à l’argent Ag. La technique du pochoir d’impression est utilisée typiquement pour le dépôt de la soudure dans les cavités CA5 et CA6. On notera que dans le cas d’un prototype ou d’une petite série, la technique de la seringue de distribution pourra être également utilisée pour distribuer la soudure.
A l’étape E28, l’ébauche du bloc BH est achevée et celle-ci est ensuite assemblée à l’ébauche du bloc BL. L’assemblage et la stratification des blocs BL et BH est réalisé comme décrit plus haut en référence aux Figs.2 et 3. La soudure contenue dans les cavités CA5 et CA6 permet de souder des électrodes de drain des puces de transistor CP1 et CP2 sur le bus-barre BBH.
L’invention ne se limite pas à la forme de réalisation particulière qui a été décrite ici à titre d’exemple. L’homme du métier, selon les applications, pourra apporter différentes modifications et variantes entrant dans le champ de protection de l’invention.
Bien entendu, l’invention ne se limite pas à la forme de réalisation particulière qui a été décrite ici à titre d’exemple. L’homme du métier, selon les applications considérées, pourra apporter différentes modifications et variantes entrant dans le champ de protection de l’invention.

Claims

Revendications
1. Procédé de fabrication d’un élément modulaire de commutation de puissance (MP) comprenant des premier et deuxième blocs stratifiés (BL, BH) entre lesquels est enserrée au moins une puce de transistor (CP-i, CP2), lesdits premier et deuxième blocs stratifiés (BL, BH) comportant respectivement des premier et deuxième bus-barres (BBL, BBH) sur lesquels sont stratifiées des couches internes diélectriques et conductrices, ledit procédé comprenant, préalablement à la stratification desdits premier et deuxième blocs stratifiés (BL, BH), la fabrication en parallèle d’une première ébauche dudit premier bloc stratifié (BL) et d’une deuxième ébauche dudit deuxième bloc stratifié (BH), ladite fabrication en parallèle comprenant au moins une opération de poinçonnage et/ou matriçage à l’emporte-pièce (E2, E19) réalisant au moins un orifice (TR1 , TR2 ; OR1 , OR2) dans ledit premier bus-barre (BBL) et/ou ledit deuxième bus-barre (BBH), une réalisation d’une couche diélectrique (DL1 , DL2) recouvrant l’intérieur dudit orifice (TR1 , TR2 ; OR1 , OR2) et une métallisation (CU2, CU3) de l’intérieur dudit orifice (TR1 , TR2 ; OR1 , OR2) incluant ladite couche diélectrique (DL1 , DL2).
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ladite fabrication en parallèle comprend également au moins une opération d’estampage (E1 ) dudit premier bus-barre (BBL) et/ou dudit deuxième bus-barre (BBH) réalisant au moins une cavité (EV1 ) sur une face dudit premier bus-barre (BBL) et/ou dudit deuxième bus-barre (BBH).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, ladite fabrication en parallèle comprend également au moins une opération de matriçage à l’emporte-pièce (E4, E3, E15, E30) découpant au moins un tronçon de préimprégné diélectrique (DE2 à DE10, DE12 à DE14) et/ou un tronçon de feuille métallique (CU1 ) pour la réalisation desdites couches internes diélectriques et conductrices.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit tronçon de feuille métallique (CU1 ) a une épaisseur de sensiblement 17 microns.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite métallisation de l’intérieur dudit orifice (TR1 , TR2 ; OR1 , OR2) comporte un dépôt électrolytique d’une couche de cuivre (E10, E24) ayant une épaisseur d’au moins 35 microns.
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite fabrication en parallèle comprend également au moins une opération d’électrodéposition de cuivre ou d’étain (E7, E1 1 , E23, E25).
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite fabrication en parallèle comporte au moins une opération de définition précise (E13, E26) d’un élément de connexion par photolithographie et gravure humide.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit orifice (OR1 , OR2) est dédié à l’interconnexion électrique d’une électrode de commande (G1 , G2) de ladite au moins une puce de transistor (CP-i, CP2).
9. Elément modulaire de commutation de puissance (MP), caractérisé en qu’il est fabriqué par la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.
10. Ensemble de commutation de puissance démontable (AS), caractérisé en ce qu’il comprend une pluralité d’éléments modulaires (1 A, 1 B, 1 c) selon la revendication 9 et au moins un élément d’assemblage et d’interconnexion (BIA, BIB) ayant au moins une broche conductrice (BR) logée dans desdits orifices (OR) desdits d’éléments modulaires (1 A, 1 B, 1 c).
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