WO2023099844A1 - Procede de realisation d'une connexion electrique pour un module de puissance d'un aeronef - Google Patents

Procede de realisation d'une connexion electrique pour un module de puissance d'un aeronef Download PDF

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WO2023099844A1
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power
printed circuit
metallization
track
preform
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PCT/FR2022/052205
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Rabih KHAZAKA
Baptiste Joël Christian FEDI
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Safran
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Definitions

  • TITLE METHOD FOR MAKING AN ELECTRICAL CONNECTION FOR AN AIRCRAFT POWER MODULE
  • the present invention relates to a method of making an electrical connection for a power module of an aircraft, as well as the power module with an electrical connection thus obtained and an aircraft comprising such a power module.
  • a power module groups together power semiconductor components fixed to a substrate and interconnected by wiring wires and/or conductive tracks extending over an electrically insulating layer of the substrate.
  • a method for producing an electrical connection for a power module for an aircraft characterized in that it comprises: a non-planar three-dimensional shaping of at least a portion of a circuit flexible print comprising an electrically insulating polymer film, and, on at least one side of the polymer film, a metallization; then electrolytic deposition during which a conductive layer is deposited on at least the metallization of at least the shaped portion.
  • the invention may further include one or more of the following optional features, in any technically possible combination.
  • the insulating polymer film comprises at least one of: PI polymide, PET polyethylene terephthalate, PE polyesther.
  • the insulating polymer film has a thickness of at most 100 ⁇ m, for example between 18 ⁇ m and 100 ⁇ m.
  • each metallization comprises copper.
  • each metallization has a thickness of at most 70 ⁇ m.
  • the printed circuit preferably comprises metallization on both sides of the polymer film, superimposed on one another.
  • these two metallizations can be respectively connected to the two potentials DC+, DC- of a DC voltage.
  • the power module can thus be connected to this DC voltage with reduced parasitic inductance.
  • the metallization(s) form electrical tracks including an electrical track, called a power track, and an electrical track
  • said control further comprises: - fixing a power semiconductor component to the printed circuit, so that this power semiconductor component is electrically connected to the power track; - A connection of the power semiconductor component to the control track; and - fixing control electronics to the printed circuit, so that this control electronics is electrically connected to the control track to control the power semiconductor component.
  • the power track extends over the shaped portion of the printed circuit
  • the method further comprises encapsulation of at least the power semiconductor component, leaving visible at least one portion of the printed circuit on which the power track extends.
  • the connection of the power module is often made with connectors soldered to the substrate which are in turn fixed to a bus bar.
  • these connectors have limited reliability due to vibrations and thermomechanical cycles which weaken the solder. Thanks to this optional feature of the invention, the portions of the printed circuit protruding from the encapsulation can serve as connections which do not have the disadvantages of the soldered connectors of the state of the art.
  • the method further comprises: - before the electrolytic deposition, fixing at least one preform on the shaped portion of the printed circuit, this preform comprising a polymer body and a metallization in contact with the metallization of the printed circuit; and - during the electrolytic deposition, a deposition of a conductive layer on the metallization of each preform.
  • the preform can be used as a connector of desired shape.
  • each preform comprises a tab with a hole.
  • connection can be made by means of a screw or equivalent, through the hole.
  • the method further comprises a dissolution, for example thermal or else chemical, of the polymer body of each preform.
  • this preform generally serves only as a support for the metallization. Once the latter has been carried out, the preform is no longer useful and its dissolution makes it possible to reduce the mass of the power module and to avoid possible problems resulting from the degradation of the preform over time.
  • the power module implements at least one switching arm of an inverter for an electric motor of an aircraft.
  • An electrical module for an aircraft is also proposed, of which at least one electrical connection is obtained by a method according to the invention.
  • FIG. 1 is an electronic circuit of an electrical device which can be at least partly produced according to the invention
  • FIG. 2 is a flat view of a flexible printed circuit which can be used in the invention to produce a switching arm, the top image being a top view of the flexible printed circuit and the bottom image being a bottom view of the flexible printed circuit
  • FIG. 3 is a block diagram of a method according to the invention for producing a power module
  • FIG. 4 is a view from above of the shaped flexible printed circuit
  • figure 5 is a top view of the flexible printed circuit after electrolytic deposition
  • figure 6 is a top view of the flexible printed circuit after fixing components and making electrical connections
  • FIG. 7 is a top view of a flexible printed circuit that can be used in the invention to make several switching arms
  • FIG. 8 is a block diagram of a method according to the invention for making a connection electrical
  • Figure 9 is a three-dimensional view of a shaped printed circuit
  • Figure 10 is a three-dimensional view of the shaped circuit board of Figure 9, further with an added preform
  • Figure 11 is a three-dimensional view of the shaped circuit board of Figure 10, after electroplating
  • the FIG. 12 is a cross-sectional view of the printed circuit of FIG. 11.
  • a printed circuit 900 is shaped, in particular bent or twisted, as required, into a non-planar three-dimensional configuration.
  • the printed circuit 900 is flexible and comprises an electrically insulating polymer film 902, and, on at least one side of the polymer film 902, an electrically conductive metallization 904. In the example illustrated, two metallizations 904 are provided, respectively on the two sides of the polymer film 902.
  • the printed circuit 900 is for example in the form of a strip.
  • the polymer film 902 preferably has a thickness of at most 100 ⁇ m, for example between 18 ⁇ m and 100 ⁇ m.
  • Each metallization 904 preferably has a thickness of at most 70 ⁇ m.
  • the printed circuit 900 can have good flexibility.
  • the polymer film 902 comprises for example at least one of: PI polymide, PET polyethylene, terephthalate, and PE polyesther.
  • Each metallization 904 can comprise copper, for example be made of copper.
  • Each metallization 904 can form one or more electrical tracks. These electric tracks include at least one so-called power electric track and, for example, a so-called control electric track.
  • the metallization 904 provided on one side forms a power track 906, as well as at least one control track 908.
  • the metallization 904 provided on the other side forms a second power track 910.
  • these tracks 906, 910 are intended to be respectively connected to a positive DC+ potential and a negative DC- potential of a DC voltage.
  • the superposition of these two tracks 906, 910 on both sides on the other side of the polymer film 902 makes it possible to reduce the parasitic inductance of the electrical connection.
  • the tracks extend along the strip formed by the printed circuit 900.
  • the control track 908 has a much smaller width (for example at least ten times smaller) than that of the power tracks 906, 910 .
  • At least one preform 1002 is fixed to the printed circuit 900, for example at one end of the strip formed by the printed circuit 900.
  • the preform 1002 comprises by example a polymer body and a metallization on this polymer body, in contact with an electrical track.
  • the preform 1002 is fixed to be in electrical contact with the electrical power track 906.
  • the preform 1002 comprises a tongue pierced with a hole 1004 to allow its fixing, for example to a bus bar, by means of a screw or equivalent.
  • an electrolytic deposition is carried out.
  • a conductive layer is deposited on each power track 906, 910 to increase its thickness, but preferably not on the control track 908.
  • a conductive layer can also be deposited on the metallization of the preform 1002.
  • the printed circuit 900 is maintained in the shape defined in step 802, for example by supports provided at the edges of the printed circuit 900.
  • the printed circuit 900 can be maintained in shape alone, if its flexibility does not cause it to deform under its own weight and that of the electrolytic deposit.
  • the electrolytic deposition can be carried out in two stages, once on one side, then on the other side. This makes it possible to maintain the shape of the printed circuit 900 by supports on the side where the electrolytic deposit is not carried out.
  • the conductive layer 1202 deposited comprises for example at least one of: copper, silver, nickel, nickel alloy, copper alloy, such as CuSn, CuZn.
  • the layer deposited conductor has a thickness greater than 500 ⁇ m, possibly reaching a few millimeters.
  • the conductive layer provides, for example, sufficient rigidity to keep the printed circuit 900 in shape.
  • the polymer body of each preform 402 can be dissolved, for example by thermal or chemical dissolution.
  • an electrical insulation layer for example a polymer layer
  • an electrical insulation layer can be deposited on the surface of the conductive tracks, for example by an impregnation method, or else by spray coating ( "spray coating” in English) or vapor phase deposition ("physical vapor deposition" in English).
  • the electrical device 100 is an inverter, in particular three-phase, designed to power an electric motor 102 from a DC voltage source 104 designed to supply a DC voltage having a positive potential DC+ and a negative DC- potential.
  • the 100 inverter has multiple 106A-C switch arms.
  • Each switching arm 106A-C includes a high side switch 108A-C and a low side switch 110A-C connected to each other at a midpoint connected to a respective stator phase of the electric motor 102.
  • the switches high 108A-C and low 1 10A-C side switches are further connected to a positive and negative terminal of DC voltage source 104 respectively. opposition for each switching arm 106A-C, makes it possible to generate, at the midpoints, alternating phase voltages from the direct voltage.
  • the switches 108A-C, 110A-C comprise for example an IGBT (“insulated gate bipolar transistor”), a HEMT (“high electron mobility transistor”), a MOSFET (“Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor”) or other, with or without a free-wheeling diode in parallel.
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • HEMT high electron mobility transistor
  • MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
  • Each switching arm is for example implemented in a respective power module. Alternatively, all switching arms can be implemented in the same power module.
  • a circuit board 200 that can be used in the invention will now be described.
  • the printed circuit 200 is flexible and comprises an electrically insulating polymer film 202, and, on at least one side of the polymer film 202, an electrically conductive metallization 204.
  • an electrically conductive metallization 204 is provided, respectively on the two sides of the polymer film 202.
  • the polymer film 202 preferably has a thickness of at most 100 ⁇ m, for example between 18 ⁇ m and 100 ⁇ m.
  • Each metallization preferably has a thickness of at most 70 ⁇ m.
  • the printed circuit 200 can have good flexibility.
  • the polymer film 202 comprises for example at least one of: PI polymide, PET polyethylene, terephthalate, and PE polyesther.
  • Each metallization 204 can comprise copper, for example be made of copper.
  • Each metallization 204 can form one or more electrical tracks. These electric tracks include in particular at least one electric track, called power track, and at least one electric track, called control track.
  • the metallization 204 provided on one side forms three power tracks 208A-C, two control tracks 210, as well as other tracks 212.
  • the metallization 204 provided on the other side forms a power track 208D.
  • the printed circuit 200 may include at least one via 214 connecting two of the electrical tracks extending respectively on both sides of the polymer film 202, such as the power tracks 208B and 208D in the example shown.
  • the printed circuit 200 may also comprise, on one side, preferably in an electric track on this side, an opening 216 revealing part of an electric track on the other side and, around this part, the polymer film 202.
  • each opening 216 is provided on top, in power track 208C, to reveal power track 208D extending below polymer film 202.
  • the printed circuit 200 has for example a so-called power portion 218 for receiving the power semiconductor component.
  • the printed circuit 200 for example also has a so-called control portion 220 for receiving the control electronics.
  • the printed circuit 200 also has for example at least one so-called power connection portion, over which extends at least part of one of the power tracks 208A-D.
  • Two power connection portions 222A-B are for example provided in the illustrated example.
  • control tracks 210 extend over the control portion 220 and over the power portion 218.
  • power connection track 208A extends over the power portion 218 and over the power connection portion 222B.
  • Each of the power connection tracks 208C, 208D extends over the power portion 218 and over the power connection portion 222A.
  • the printed circuit 200 is shaped.
  • the power 218 and control 220 portions are each kept flat.
  • Power connection portions 222A-B can be bent or twisted, as needed, into a non-planar three-dimensional configuration.
  • At least one preform 402 is fixed on the printed circuit 200, in particular on one of the power connection portions 222A-B.
  • the preform 402 comprises for example a polymer body and a metallization on this polymer body, in contact with an electrical track.
  • the preform 402 is attached to the power connection portion 222B to be in electrical contact with the electrical power connection track 222B.
  • the preform 402 includes a tongue pierced with a hole 404 to allow attachment, for example to a busbar, by means of a screw or equivalent.
  • electrolytic deposition is carried out.
  • a conductive layer is deposited on each power track 208A-D to increase its thickness, but preferably not on the control tracks 210 nor on the other tracks 212.
  • a conductive layer can also be deposited on the metallization of each preform 402.
  • the printed circuit 200 is maintained in the shape defined in step 302, for example by supports provided at the edges of the printed circuit 200.
  • the printed circuit 200 can be maintained in shape alone, if its flexibility does not cause it to deform under its own weight and that of the electrolytic deposit.
  • the electrolytic deposition can be carried out in two stages, once on one side, then on the other side. This makes it possible to keep the printed circuit 200 in shape by supports on the side where the electrolytic deposit is not carried out.
  • the conductive layer deposited comprises for example at least one of: copper, silver, nickel, nickel alloy, copper alloy, such as CuSn, CuZn.
  • the conductive layer deposited has a thickness greater than 500 ⁇ m, possibly reaching a few millimeters.
  • the conductive layer ensures, for example, sufficient rigidity to keep the power connection portions 222A-B in shape in particular.
  • each preform 402 can be dissolved, for example by thermal or chemical dissolution. There then remains the pierced tab that can be used for electrical connection.
  • At least one power semiconductor component is fixed to the printed circuit 302, so that this semiconductor component is electrically connected to one of the power tracks.
  • power In the example described, two power semiconductor components 602A-B are fixed to the conductive layer deposited on the power tracks 208A, 208C respectively, in the power portion 218.
  • the power semiconductor components 602A-B are in particular the high 108A-C and low 110A-C side switches of the same switching arm of the inverter 100 of FIG.
  • control electronics are fixed to printed circuit 302 in order to be electrically connected to each other by tracks 212, as well as to the tracks of control 210.
  • the control electronics comprises for example a driver of the power semiconductor components 602A, 602B.
  • decoupling capacitors 606 can be connected to printed circuit 200, between electrical tracks of the latter, for example, between electrical tracks 208C and 208D in the example shown. .
  • electrical connections are made, for example by wires or ribbons. These electrical connections include in particular electrical connections connecting each power semiconductor component 602A, 602B to another power track.
  • the power semiconductor component 602A is connected to the power track 208B by an electrical connection 608A
  • the power semiconductor component 602B is connected to the power track 208A by an electrical connection 608B.
  • electrical connections electrically connect each power semiconductor component 602A, 602B to a respective one of the control tracks.
  • the latter connect the components 604 of the control electronics to the power semiconductor components 602A, 602B to control them.
  • Figure 6 illustrates the electrical connections 608C that connect the power semiconductor component 602A to the control tracks 210. Similar connections could connect the power semiconductor component 602B to other control tracks.
  • At least one of the power semiconductor components 602A, 602B and possibly all or part of the components 604 of the control electronics are encapsulated in an electrically insulating material (for example, by a dam and fill method or by a glob-top method, whether or not surrounded by a casing. This encapsulation leaves visible at least the connection portions of power 222A, 222B.
  • an electrical insulation layer for example a polymer layer
  • an electrical insulation layer can be deposited on the surface of the conductive tracks, for example by an impregnation method, or else by spray coating ( "spray coating” in English) or vapor phase deposition ("physical vapor deposition" in English).
  • the printed circuit 200 can be bent, in particular at a joint between the power portion 218 and the control portion 220, so that the latter face a non-flat angle with respect to the portion of power, enabling. This is particularly advantageous in the case of an electric machine with a cylindrical casing having outer planar faces forming angles with one another. It is thus possible to easily place the power portion 218 on one of the flat faces and the control portion 220 on another of the flat faces, for example adjacent to the first.
  • the power tracks 208A, 208C, 208D of the power portions 222A, 222B left visible are electrically connected, for example to bus bars.
  • the power tracks 208C, 208D extending on either side of the polymer film 202 are respectively connected to the potentials DC+, DC-, while the power track 208A, forming the midpoint of the switching arm, is connected to the respective stator phase of the electric motor 102, for example by means of the pierced tab.
  • the power module obtained it is preferably provided that two tracks extending on each side of the polymer film are arranged so that the currents traversing them do so in opposite directions. This is the case for example for the power tracks 208C, 208D. Thus, the parasitic inductance is further reduced.

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Abstract

Le procédé comporte : - une mise en forme tridimensionnelle non plane d'au moins une portion d'un circuit imprimé (900) flexible comprenant un film polymère (902) isolant électrique, et, sur au moins un côté du film polymère (902), une métallisation (904); puis - un dépôt électrolytique au cours duquel une couche conductrice est déposée sur au moins la métallisation (904) d'au moins la portion mise en forme.

Description

Description
TITRE : PROCEDE DE REALISATION D’UNE CONNEXION ELECTRIQUE POUR UN MODULE DE PUISSANCE D’UN AERONEF
Domaine technique de l’invention
[0001 ] La présente invention concerne un procédé de réalisation d’une connexion électrique pour un module de puissance d’un aéronef, ainsi que le module de puissance avec une connexion électrique ainsi obtenue et un aéronef comportant un tel module de puissance.
Arrière-plan technologique
[0002] Un module de puissance regroupe des composants semi-conducteur de puissance fixés à un substrat et connectés entre eux par des fils de câblage et/ou des pistes conductrices s’étendant sur une couche isolante électrique du substrat.
[0003] Pour interconnecter le module de puissance avec des barres omnibus avec flexibilité, en particulier avec les deux potentiels DC+, DC- d’une tension continue, il existe plusieurs solutions de barres omnibus.
[0004] Tout d’abord, il est possible d’utiliser un empilement de barres de cuivre, cet empilement étant inséré dans une gaine isolante. Un tel empilement peut alors être facilement déformé en flexion et en torsion. Il présente en outre un coût réduit. Cependant, cette solution entraîne une grande inductance parasite à cause de la distance entre les deux barres omnibus destinées à être respectivement connectées aux potentiels DC+, DC-.
[0005] En outre, il est possible de plier deux barres omnibus laminées ensemble et séparées d’une couche isolante, ces deux barres omnibus étant destinées à être connectées aux potentiels DC+, DC-. Une faible inductance parasite peut ainsi être obtenue. Néanmoins, le pliage risque de fragiliser la couche isolante et n’est en outre possible que pour des angles réduits.
[0006] En outre, il est possible d’utiliser des charnières pour les barres omnibus laminées, ce qui enlève la nécessiter de les plier. Cependant, il s’agit d’une pièce mécanique complexe, en particulier en ce qui concerne le maintien de l’isolation électrique au travers de la charnière. Ainsi, cette solution est généralement coûteuse. [0007] Il peut etre souhaite de permettre d’integrer facilement le module de puissance dans son environnement.
Résumé de l’invention
[0008] Il est donc proposé un procédé de réalisation d’une connexion électrique pour un module de puissance pour un aéronef, caractérisé en ce qu’il comporte : une mise en forme tridimensionnelle non plane d’au moins une portion d’un circuit imprimé flexible comprenant un film polymère isolant électrique, et, sur au moins un côté du film polymère, une métallisation ; puis un dépôt électrolytique au cours duquel une couche conductrice est déposée sur au moins la métallisation d’au moins la portion mise en forme.
[0009] Ainsi, il est possible de prévoir une connexion électrique ayant une forme complexe permettant de connecter un module de puissance à un autre dispositif électrique, même lorsque le module de puissance est mal positionné et/ou orienté pour une connexion directe, tout en permettant le passage d’un courant élevé.
[0010] L’invention peut en outre comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, selon toute combinaison techniquement possible.
[0011] De façon optionnelle, le film polymère isolant comporte au moins un parmi : PI polymide, PET polyethylene terephthalate, PE polyesther.
[0012] De façon optionnelle également, le film polymère isolant présente une épaisseur d’au plus 100 pim, par exemple comprise entre 18 pm et 100 pm.
[0013] De façon optionnelle également, chaque métallisation comporte du cuivre.
[0014] De façon optionnelle également, chaque métallisation présente une épaisseur d’au plus 70 pm.
[0015] De façon optionnelle également, le circuit imprimé comprend de préférence une métallisation sur les deux côtés du film polymère, superposées l’une à l’autre. Ainsi, ces deux métallisations peuvent être respectivement connectées aux deux potentiels DC+, DC- d’une tension continue. Le module de puissance peut ainsi être connecté à cette tension continue avec une inductance parasite réduite.
[0016] De façon optionnelle également, la ou les métallisations forment des pistes électriques incluant une piste électrique, dite de puissance, et une piste électrique, dite de commande, et le procédé comporte en outre : - une fixation d’un composant semi-conducteur de puissance au circuit imprimé, afin que ce composant semi- conducteur de puissance soit électriquement connecté à la piste de puissance ; - une connexion du composant semi-conducteur de puissance à la piste de commande ; et - une fixation d’une électronique de commande au circuit imprimé, afin que cette électronique de commande soit électriquement connectée à la piste de commande pour commander le composant semi-conducteur de puissance. Ainsi, l’utilisation d’un même circuit imprimé pour le composant semi-conducteur et l’électronique de commande simplifie l’intégration, ainsi que l’interconnexion qui se fait simplement grâce à la piste de commande prévue sur le circuit imprimé.
[0017] De façon optionnelle également, la piste de puissance s’étend sur la portion mise en forme du circuit imprimé, et le procédé comporte en outre une encapsulation d’au moins le composant semi-conducteur de puissance, laissant apparente au moins une portion du circuit imprimé, sur laquelle la piste de puissance s’étend. Dans l’état de la technique, la connexion du module de puissance est souvent réalisée avec des connecteurs brasés sur le substrat qui sont à leur tour fixés à une barre omnibus. En plus de leur forte inductance, ces connecteurs présentent une fiabilité limitée à cause des vibrations et des cycles thermomécaniques qui fragilisent la brasure. Grâce à cette caractéristique optionnelle de l’invention, les portions du circuit imprimé dépassant de l’encapsulation peuvent servir de connexions qui ne présentent pas les inconvénients des connecteurs brasés de l’état de la technique.
[0018] De façon optionnelle également, le procédé comporte en outre : - avant le dépôt électrolytique, une fixation d’au moins une préforme sur la portion mise en forme du circuit imprimé, cette préforme comportant un corps polymère et une métallisation au contact de la métallisation du circuit imprimé ; et - pendant le dépôt électrolytique, un dépôt d’une couche conductrice sur la métallisation de chaque préforme. Ainsi, la préforme peut être utilisée comme connecteur de forme souhaitée.
[0019] De façon optionnelle également, chaque préforme comporte une languette avec trou. Ainsi, la connexion peut être faite au moyen d’une vis ou équivalent, au travers du trou.
[0020] De façon optionnelle également, le procédé comporte en outre une dissolution, par exemple thermique ou bien chimique, du corps polymère de chaque préforme. En effet, cette préforme ne sert généralement que de support pour la métallisation. Une fois cette dernière réalisée, la préforme n’est plus utile et sa dissolution permet de réduire la masse du module de puissance et d’eviter d’éventuels problèmes résultant de la dégradation de la préforme dans le temps.
[0021] De façon optionnelle également, le module de puissance implémente au moins un bras de commutation d’un onduleur pour un moteur électrique d’un aéronef.
[0022] Il est également proposé un module électrique pour un aéronef dont au moins une connexion électrique est obtenue par un procédé selon l’invention.
[0023] Il est également proposé un aéronef comportant un module électrique selon l’invention.
Brève description des figures
[0024] L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est un circuit électronique d’un dispositif électrique pouvant être au moins en partie réalisé selon l’invention, la figure 2 est une vue à plat d’un circuit imprimé flexible pouvant être utilisé dans l’invention pour réaliser un bras de commutation, l’image du haut étant une vue de dessus du circuit imprimé flexible et l’image du bas étant une vue de dessous du circuit imprimé flexible, la figure 3 est un schéma bloc d’un procédé selon l’invention de réalisation d’un module de puissance, la figure 4 est une vue de dessus du circuit imprimé flexible mis en forme, la figure 5 est une vue de dessus du circuit imprimé flexible après un dépôt électrolytique, la figure 6 est une vue de dessus du circuit imprimé flexible après une fixation de composants et une réalisation de connexions électriques, la figure 7 est une vue de dessus d’un circuit imprimé flexible pouvant être utilisé dans l’invention pour réaliser plusieurs bras de commutation, la figure 8 est un schéma bloc d’un procédé selon l’invention de réalisation d’une connexion électrique, la figure 9 est une vue tridimensionnelle d’un circuit imprimé mis en forme, la figure 10 est une vue tridimensionnelle du circuit imprime mis en forme de la figure 9, avec en outre une préforme ajoutée, la figure 11 est une vue tridimensionnelle du circuit imprimé mis en forme de la figure 10, après un dépôt électrolytique, et la figure 12 est une vue en coupe du circuit imprimé de la figure 11 .
Description détaillée de l’invention
[0025] En référence à la figure 8, un exemple de procédé 800 selon l’invention, de réalisation d’une connexion électrique, va à présent être décrit.
[0026] Au cours d’une étape 802, illustrée sur la figure 9, un circuit imprimé 900 est mis en forme, en particulier plié ou tordu, selon les besoins, dans une configuration tridimensionnelle non plane.
[0027] Le circuit imprimé 900 est flexible et comprend un film polymère 902 isolant électrique, et, sur au moins un côté du film polymère 902, une métallisation 904 conductrice électrique. Dans l’exemple illustré, deux métallisations 904 sont prévues, respectivement sur les deux côtés du film polymère 902. Le circuit imprimé 900 est par exemple sous la forme d’une bande.
[0028] Le film polymère 902 présente de préférence une épaisseur d’au plus 100 pim, par exemple comprise entre 18 pm et 100 pm. Chaque métallisation 904 présente de préférence une épaisseur d’au plus 70 pm. Ainsi, le circuit imprimé 900 peut présenter une bonne flexibilité.
[0029] Le film polymère 902 comporte par exemple au moins un parmi : PI polymide, PET polyethylene, terephthalate, et PE polyesther. Chaque métallisation 904 peut comporter du cuivre, par exemple être en cuivre.
[0030] Chaque métallisation 904 peut former une ou plusieurs pistes électriques. Ces pistes électriques incluent au moins une piste électrique dite de puissance et, par exemple, une piste électrique dite de commande. Dans l’exemple illustré, la métallisation 904 prévue d’un côté (par exemple, au-dessus) forme une piste de puissance 906, ainsi qu’au moins une piste de commande 908. La métallisation 904 prévue de l’autre côté (par exemple, au-dessous) forme une deuxième piste de puissance 910. De préférence, ces pistes 906, 910 sont destinées à être respectivement connectées à un potentiel positif DC+ et un potentiel négatif DC- d’une tension continue. La superposition de ces deux pistes 906, 910 de part et d’autre du film polymere 902 permet de réduire l’inductance parasite de la connexion électrique. Par exemple, les pistes s’étendent le long de la bande formée par le circuit imprimé 900. La piste de commande 908 présente une largeur beaucoup plus petite (par exemple au moins dix fois plus petite) que celle des pistes de puissance 906, 910.
[0031] Au cours d’une étape 804, illustrée sur la figure 10, au moins une préforme 1002 est fixée sur le circuit imprimé 900, par exemple à une extrémité de la bande formée par le circuit imprimé 900. La préforme 1002 comporte par exemple un corps polymère et une métallisation sur ce corps polymère, au contact d’une piste électrique. Dans l’exemple décrit, la préforme 1002 est fixée pour être en contact électrique avec la piste électrique de puissance 906.
[0032] De préférence, la préforme 1002 comporte une languette percée d’un trou 1004 pour permettre sa fixation, par exemple à une barre omnibus, au moyen d’une vis ou équivalent.
[0033] Au cours d’une étape 806, illustrée sur la figure 11 , un dépôt électrolytique est réalisé. Au cours de ce dépôt électrolytique, une couche conductrice est déposée sur chaque piste de puissance 906, 910 pour en augmenter l’épaisseur, mais de préférence pas sur la piste de commande 908. En outre, une couche conductrice peut également être déposée sur la métallisation de la préforme 1002.
[0034] Le résultat du dépôt est visible sur la figure 12, où la référence 1202 désigne les couches conductrices déposées.
[0035] Pendant le dépôt électrolytique, le circuit imprimé 900 est maintenu dans la forme définie à l’étape 802, par exemple par des supports prévus aux bords du circuit imprimé 900. Alternativement, le circuit imprimé 900 peut se maintenir seul en forme, si sa flexibilité ne le fait pas se déformer sous son propre poids et celui du dépôt électrolytique.
[0036] Le dépôt électrolytique peut être réalisé en deux fois, une fois sur un côté, puis sur l’autre côté. Cela permet de maintenir en forme le circuit imprimé 900 par des supports sur le côté où le dépôt électrolytique n’est pas réalisé.
[0037] La couche conductrice 1202 déposée comporte par exemple au moins un parmi : cuivre, argent, nickel, alliage de nickel, alliage de cuivre, comme CuSn, CuZn.
[0038] De préférence, afin de permettre une bonne dissipation de la chaleur générée par le passage du courant dans les pistes de puissance 906, 910, la couche conductrice deposee présente une épaisseur supérieure a 500 pim, pouvant atteindre quelques millimètres.
[0039] Une fois déposée, la couche conductrice assure par exemple une rigidité suffisante pour maintenir en forme le circuit imprimé 900.
[0040] Au cours d’une étape 808, le corps polymère de chaque préforme 402 peut être dissous, par exemple par dissolution thermique ou bien chimique.
[0041 ] Au cours d’une étape 810, une couche d’isolation électrique, par exemple une couche polymère, peut être déposée à la surface des pistes conductrices, par exemple par une méthode d’imprégnation, ou bien de revêtement par pulvérisation (« spray coating » en anglais) ou bien de dépôt en phase vapeur (« physical vapor deposition » en anglais).
[0042] En référence à la figure 1 , un exemple de dispositif électrique 100 pouvant être au moins en partie réalisé selon l’invention, va à présent être décrit.
[0043] Dans l’exemple illustré, le dispositif électrique 100 est un onduleur, en particulier triphasé, conçu pour alimenter un moteur électrique 102 à partir d’une source de tension continue 104 conçue pour fournir une tension continue présentant un potentiel positif DC+ et un potentiel négatif DC-. L’onduleur 100 comporte plusieurs bras de commutation 106A-C. Chaque bras de commutation 106A-C comporte un interrupteur de côté haut 108A-C et un interrupteur de côté bas 110A-C connectés l’un à l’autre en un point milieu connecté à une phase statorique respective du moteur électrique 102. Les interrupteurs de côté haut 108A-C et bas 1 10A-C sont en outre connectés respectivement à une borne positive et négative de la source de tension continue 104. La commutation des interrupteurs de côté haut 108A-C et bas 110A-C, en particulier en opposition pour chaque bras de commutation 106A-C, permet de générer, aux points milieux, des tensions alternatives de phase depuis la tension continue.
[0044] Les interrupteurs 108A-C, 1 10A-C comportent par exemple un IGBT (« insulated gate bipolar transistor »), un HEMT (« high electron mobility transistor »), un MOSFET (« Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ») ou autre, avec ou sans une diode de roue libre en parallèle.
[0045] Chaque bras de commutation est par exemple implémenté dans un module de puissance respectif. Alternativement, tous les bras de commutation peuvent être implémentés dans un même module de puissance. [0046] En reference a la figure 2, un exemple d’un circuit imprime 200 pouvant etre utilisé dans l’invention va à présent être décrit.
[0047] Le circuit imprimé 200 est flexible et comprend un film polymère 202 isolant électrique, et, sur au moins un côté du film polymère 202, une métallisation 204 conductrice électrique. Dans l’exemple illustré, deux métallisations 204 sont prévues, respectivement sur les deux côtés du film polymère 202.
[0048] Le film polymère 202 présente de préférence une épaisseur d’au plus 100 pim, par exemple comprise entre 18 pm et 100 pm. Chaque métallisation présente de préférence une épaisseur d’au plus 70 pm. Ainsi, le circuit imprimé 200 peut présenter une bonne flexibilité.
[0049] Le film polymère 202 comporte par exemple au moins un parmi : PI polymide, PET polyethylene, terephthalate, et PE polyesther. Chaque métallisation 204 peut comporter du cuivre, par exemple être en cuivre.
[0050] Chaque métallisation 204 peut former une ou plusieurs pistes électriques. Ces pistes électriques incluent en particulier au moins une piste électrique, dite de puissance, et au moins une piste électrique, dite de commande. Dans l’exemple illustré, la métallisation 204 prévue d’un côté (par exemple, au-dessus) forme trois pistes de puissance 208A-C, deux pistes de commande 210, ainsi que d’autres pistes 212. La métallisation 204 prévue de l’autre côté (par exemple, au-dessous) forme une piste de puissance 208D.
[0051] Le circuit imprimé 200 peut comporter au moins un via 214 connectant deux des pistes électriques s’étendant respectivement sur les deux côtés du film polymère 202, comme les pistes de puissance 208B et 208D dans l’exemple illustré.
[0052] Le circuit imprimé 200 peut également comporter, d’un côté, de préférence dans une piste électrique de ce côté, une ouverture 216 révélant une partie d’une piste électrique de l’autre côté et, autour de cette partie, le film polymère 202. Dans l’exemple illustré, chaque ouverture 216 est prévue sur le dessus, dans la piste de puissance 208C, pour révéler la piste de puissance 208D s’étendant en dessous de film polymère 202.
[0053] Le circuit imprimé 200 présente par exemple une portion 218, dite de puissance, de réception du composant semi-conducteur de puissance. Le circuit imprimé 200 présente par exemple en outre une portion 220, dite de commande, de réception de l’électronique de commande. Le circuit imprimé 200 présente en outre par exemple au moins une portion, dite de connexion de puissance, sur laquelle s’étend au moins une partie d’une des pistes de puissance 208A-D. Deux portions 222A-B de connexion de puissance sont par exemple prévues dans l’exemple illustré.
[0054] Il sera apprécié que les pistes de commande 210 s’étendent sur la portion de commande 220 et sur la portion de puissance 218. En outre, la piste 208A de connexion de puissance s’étend sur la portion de puissance 218 et sur la portion de connexion de puissance 222B. Chacune des pistes 208C, 208D de connexion de puissance s’étend sur la portion de puissance 218 et sur la portion 222A de connexion de puissance.
[0055] En référence à la figure 3, un exemple de procédé 300 selon l’invention de réalisation et de connexion d’un module de puissance, par exemple d’un module de puissance de l’onduleur 100 de la figure 1 , va à présent être décrit.
[0056] Au cours d’une étape 302, illustrée sur la figure 4, le circuit imprimé 200 est mis en forme. De préférence, les portions de puissance 218 et de commande 220 sont chacune maintenues planes. Les portions de connexion de puissance 222A-B peuvent être pliées ou tordues, selon les besoins, dans une configuration tridimensionnelle non plane.
[0057] Au cours d’une étape 304, également illustrée sur la figure 4, au moins une préforme 402 est fixée sur le circuit imprimé 200, en particulier sur une des portions de connexion de puissance 222A-B. La préforme 402 comporte par exemple un corps polymère et une métallisation sur ce corps polymère, au contact d’une piste électrique. Dans l’exemple décrit, la préforme 402 est fixée sur la portion 222B de connexion de puissance pour être en contact électrique avec la piste électrique de connexion de puissance 222B.
[0058] De préférence, la préforme 402 comporte une languette percée d’un trou 404 pour permettre une fixation, par exemple à une barre omnibus, au moyen d’une vis ou équivalent.
[0059] Au cours d’une étape 306, illustrée sur la figure 5, un dépôt électrolytique est réalisé. Au cours de ce dépôt électrolytique, une couche conductrice est déposée sur chaque piste de puissance 208A-D pour en augmenter l’épaisseur, mais de préférence pas sur les pistes de commande 210 ni sur les autres pistes 212. En outre, une couche conductrice peut egalement etre deposee sur la metallisation de chaque préforme 402.
[0060] Pendant le dépôt électrolytique, le circuit imprimé 200 est maintenu dans la forme définie à l’étape 302, par exemple par des supports prévus aux bords du circuit imprimé 200. Alternativement, le circuit imprimé 200 peut se maintenir seul en forme, si sa flexibilité ne le fait pas se déformer sous son propre poids et celui du dépôt électrolytique.
[0061] Le dépôt électrolytique peut être réalisé en deux fois, une fois sur un côté, puis sur l’autre côté. Cela permet de maintenir en forme le circuit imprimé 200 par des supports sur le côté où le dépôt électrolytique n’est pas réalisé.
[0062] La couche conductrice déposée comporte par exemple au moins un parmi : cuivre, argent, nickel, alliage de nickel, alliage de cuivre, comme CuSn, CuZn.
[0063] De préférence, afin de permettre une bonne dissipation de la chaleur générée par les composants de puissance, la couche conductrice déposée présente une épaisseur supérieure à 500 pim, pouvant atteindre quelques millimètres.
[0064] Une fois déposée, la couche conductrice assure par exemple une rigidité suffisante pour maintenir en forme notamment les portions de connexion de puissance 222A-B.
[0065] Au cours d’une étape 308, le corps polymère de chaque préforme 402 peut être dissous, par exemple par dissolution thermique ou bien chimique. Il reste alors la languette percée pouvant être utilisée pour connexion électrique.
[0066] Au cours d’une étape 310, illustrée sur la figure 6, au moins un composant semi-conducteur de puissance est fixé au circuit imprimé 302, afin que ce composant semi-conducteur soit électriquement connecté à l’une des pistes de puissance. Dans l’exemple décrit, deux composants semi-conducteur de puissance 602A-B sont fixés à la couche conductrice déposée sur respectivement les pistes de puissance 208A, 208C, dans la portion de puissance 218. Les composants semi-conducteur de puissance 602A-B sont en particulier les interrupteurs de côté haut 108A-C et bas 110A-C d’un même bras de commutation de l’onduleur 100 de la figure 1 .
[0067] Egalement au cours de l’étape 306, des composants électriques 604 formant une électronique de commande sont fixés au circuit imprimé 302 afin d’être connectés électriquement entre eux par les piste 212, ainsi qu’aux pistes de commande 210. L’electronique de commande comporte par exemple un pilote (de l’anglais « driver ») des composants semi-conducteur de puissance 602A, 602B.
[0068] En outre, au cours de l’étape 310, des condensateurs de découplage 606 peuvent être connectés au circuit imprimé 200, entre des pistes électriques de ce dernier, par exemple, entre les pistes électriques 208C et 208D dans l’exemple illustré.
[0069] Au cours d’une étape 312, des connexions électriques sont réalisées, par exemple par fils ou rubans. Ces connexions électriques comportent en particulier des connexions électriques connectant chaque composant semi-conducteur de puissance 602A, 602B à une autre piste de puissance. Dans l’exemple illustré, le composant semi-conducteur de puissance 602A est connecté à la piste de puissance 208B par une connexion électrique 608A, tandis que le composant semi-conducteur de puissance 602B est connecté à la piste de puissance 208A par une connexion électrique 608B. En outre, les connexions électriques connectent électriquement chaque composant semi-conducteur de puissance 602A, 602B à l’une respective des pistes de commande. Ainsi, ces dernières connectent les composants 604 de l’électronique de commande aux composant semi-conducteur de puissance 602A, 602B pour les commander. La figure 6 illustre les connexions électrique 608C qui connectent le composant semi-conducteur de puissance 602A aux pistes de commande 210. Des connexions similaires pourraient connecter le composant semi- conducteur de puissance 602B à d’autres pistes de commande.
[0070] Au cours d’une étape 314, au moins un des composants semi-conducteur de puissance 602A, 602B et éventuellement tout ou partie des composants 604 de l’électronique de commande sont encapsulés dans un matériau isolant électrique (par exemple, par une méthode de barrage et remplissage (« dam and fill » en anglais) ou par une méthode d’enrobage (« glob-top » en anglais), entouré ou non d’un boîtier. Cette encapsulation laisse apparente au moins les portions de connexion de puissance 222A, 222B.
[0071] Au cours d’une étape 316, une couche d’isolation électrique, par exemple une couche polymère, peut être déposée à la surface des pistes conductrices, par exemple par une méthode d’imprégnation, ou bien de revêtement par pulvérisation (« spray coating » en anglais) ou bien de dépôt en phase vapeur (« physical vapor deposition » en anglais). [0072] Au cours d’une etape 318, le circuit imprime 200 peut etre plie, en particulier a une jointure entre la portion de puissance 218 et la portion de commande 220, pour que cette dernière face un angle non plat par rapport à la portion de puissance, permettant. Cela est particulièrement avantageux dans le cas d’une machine électrique avec un carter cylindrique présentant des faces planes externes faisant des angles l’une avec la suivante. Il est ainsi possible de facilement plaquer la portion de puissance 218 sur une des faces planes et la portion de commande 220 sur une autre des faces planes, par exemple adjacente à la première.
[0073] Au cours d’une étape 320, les pistes de puissance 208A, 208C, 208D des portions de puissance 222A, 222B laissées apparentes sont connectées électriquement, par exemple à des barres omnibus. En particulier dans l’exemple de la figure 1 , les pistes de puissance 208C, 208D s’étendant de part et d’autre du film polymère 202 sont respectivement connectées aux potentiels DC+, DC-, tandis que la piste de puissance 208A, formant le point milieu du bras de commutation, est connectée à la phase statorique respective du moteur électrique 102, par exemple au moyen de la languette percée.
[0074] Dans le module de puissance obtenu, il est de préférence prévu que deux pistes s’étendant de chaque côté du film polymère sont agencées de sorte que les courants les parcourant le fasse dans des directions opposées. C’est le cas par exemple pour les pistes de puissance 208C, 208D. Ainsi, l’inductance parasite est encore réduite.
[0075] En référence à la figure 7, il est illustré un cas où l’ensemble des bras de commutation sont réalisés à partir d’un seul circuit imprimé flexible.
[0076] En conclusion, il apparaît clairement qu’un procédé tel que celui décrit précédemment permet d’obtenir une faible inductance parasite entre les pistes de puissance. Il permet également une très grande flexibilité dans la forme des connexions, ce qui autorise une bonne intégration (faible compacité). Il permet en outre de limiter les contraintes mécaniques en vibration sur les connectiques vissées sur le module. Il est en outre simple et adapté pour la fabrication en série et avec coût raisonnable. Il permet en outre de contrôler l’épaisseur du métal à des endroits sélectifs en choisissant où réaliser le dépôt électrolytique. Cela permet de compenser par exemple les épaisseurs des composants semi-conducteur, afin qu’ils soient à la même hauteur de qui permet par exemple de les connecter l’un à l’autre par une connexion rigide comme un cadre métallique. Il permet en outre de partir d’un seul type de substrat flexible, qui est le circuit imprimé flexible, pour réaliser les circuits des modules, les connectiques et le circuit de commande, et donc toutes les connexions en une seule technologie.
[0077] On notera par ailleurs que l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment. Il apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci- dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.
[0078] En particulier, les étapes de procédé 300 décrit ci-dessus peuvent être réalisées dans tout ordre techniquement possible. [0079] Dans la présentation détaillée de l’invention qui est faite précédemment, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant l’invention aux modes de réalisation exposés dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en œuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.

Claims

Revendications
[1] Procédé (800 ; 300) de réalisation d’une connexion électrique (900 ; 222A, 222B) pour un module de puissance pour un aéronef, caractérisé en ce qu’il comporte : une mise en forme (802 ; 302) tridimensionnelle non plane d’au moins une portion (222A, 222B) d’un circuit imprimé (900 ; 200) flexible comprenant un film polymère (902 ; 202) isolant électrique, et, sur au moins un côté du film polymère (902 ; 202), une métallisation (904 ; 204) ; puis un dépôt électrolytique (806 ; 306) au cours duquel une couche conductrice (1202) est déposée sur au moins la métallisation (904 ; 204) d’au moins la portion (222A, 222B) mise en forme.
[2] Procédé selon la revendication 1 , dans lequel le film polymère isolant comporte au moins un parmi : PI polymide, PET polyethylene terephthalate, PE polyesther.
[3] Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le film polymère isolant présente une épaisseur d’au plus 100 pim, par exemple comprise entre 18 pm et 100 pm.
[4] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel chaque métallisation comporte du cuivre.
[5] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel chaque métallisation présente une épaisseur d’au plus 70 pm.
[6] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le circuit imprimé (900 ; 200) comprend une métallisation (904 ; 204) sur les deux côtés du film polymère (902 ; 202), superposées l’une à l’autre.
[7] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la ou les métallisations (204) forment des pistes électriques incluant une piste électrique, dite de puissance (208A-D), et une piste électrique, dite de commande (210), et comportant en outre : une fixation (310) d’un composant semi-conducteur de puissance (602A, 602B) au circuit imprimé (200), afin que ce composant semi-conducteur de puissance (602A, 602B) soit électriquement connecte a la piste de puissance (208A, 208C) ; une connexion (312) du composant semi-conducteur de puissance (602A, 602B) à la piste de commande (210) ; et une fixation (310) d’une électronique de commande (604) au circuit imprimé (200), afin que cette électronique de commande (604) soit électriquement connectée à la piste de commande (210) pour commander le composant semi-conducteur de puissance (602A, 602B).
[8] Procédé selon la revendication 7, dans lequel la piste de puissance (208A, 208C, 208D) s’étend sur la portion (222A, 222B) mise en forme du circuit imprimé (200), et comportant en outre une encapsulation d’au moins le composant semi- conducteur de puissance (602A, 602B), laissant apparente au moins cette portion (222A, 222B) mise en forme du circuit imprimé (200).
[9] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comportant en outre : avant le dépôt électrolytique (306), une fixation d’au moins une préforme (402) sur la portion (222A, 222B) mise en forme du circuit imprimé (200), cette préforme (402) comportant un corps polymère et une métallisation au contact de la métallisation du circuit imprimé ; et pendant le dépôt électrolytique, un dépôt d’une couche conductrice sur la métallisation de chaque préforme (402).
[10] Procédé selon la revendication 9, dans lequel chaque préforme (402) comporte une languette avec trou.
[11] Procédé selon la revendication 9 ou 10, comportant en outre une dissolution (308), par exemple thermique ou bien chimique, du corps polymère de chaque préforme (402).
[12] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 , pour la réalisation d’une connexion électrique (900 ; 222A, 222B) pour un bras de commutation d’un onduleur pour un moteur électrique d’un aéronef.
[13] Module de puissance pour un aéronef dont au moins une connexion électrique (222A, 222B) est obtenue par un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 11.
[14] Aéronef comportant un module de puissance selon la revendication 13
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PCT/FR2022/052205 WO2023099844A1 (fr) 2021-12-02 2022-12-01 Procede de realisation d'une connexion electrique pour un module de puissance d'un aeronef

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