WO2024068873A1 - Module de puissance - Google Patents

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WO2024068873A1
WO2024068873A1 PCT/EP2023/076956 EP2023076956W WO2024068873A1 WO 2024068873 A1 WO2024068873 A1 WO 2024068873A1 EP 2023076956 W EP2023076956 W EP 2023076956W WO 2024068873 A1 WO2024068873 A1 WO 2024068873A1
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electrical connector
electrical
high side
power module
upper face
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/076956
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Laurent MASSOL
Jean Michel Morelle
Didier Canitrot
Ky-Lim TAN
Xavier DE-FRUTOS
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur
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    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections

Definitions

  • the present invention relates to the field of power modules. It concerns more precisely electrical equipment such as inverters, on-board chargers, DC-DC converters equipped with power modules and associated with an electrical machine, for example an electric or hybrid vehicle engine.
  • electronic power module an assembly comprising components through which energy supplying the electrical machine passes, in particular intended to transform direct current into alternating currents or vice versa.
  • these components may include electronic switches, such as for example semiconductor transistors, arranged in an electrical circuit to allow a controlled passage of electrical energy between a power battery and the electrical machine.
  • the components are bare semiconductor chips for which encapsulation is carried out.
  • a power electronic module is an assembly comprising a plurality of semiconductor chips forming an electrical circuit encapsulated in the same package.
  • electrical connectors for those skilled in the art, generally consisting of flat electrical conductors, most often formed from copper, which are associated with controllable semiconductor switches, such as transistor switches such as a metal-oxide gate field effect transistor (from the English “Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor” also designated by acronym MOSFET) or a metal-oxide gate field effect transistor with a silicon substrate (from the English “Silicon Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor” also designated by the acronym Si MOSFET) or an effect transistor metal-oxide gate field with a silicon carbide substrate (from the English “Silicon Carbide Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor” also designated by the acronym SiC MOSFET) or an insulated gate bipolar transistor (from the English “Insulated Gate Bipolar Transistor” also designated by the acronym IGBT) or a gallium nitride field effect transistor (from the English “
  • Such semiconductors are assembled and controlled together in a synchronized manner to reduce switching losses within the power module.
  • the current overall architecture of known power modules has limits, whether from the point of view of energy efficiency, the size of the module, or the flexibility of controlling the semiconductors of such a module. .
  • the proposed invention aims to resolve the drawbacks of the technique by proposing a power module architecture limiting energy losses by switching and by conduction, favoring the control of semiconductors and having better compactness.
  • the subject of the invention is a power module comprising:
  • a first metal electrical connector intended to be connected to a positive terminal of a power supply, for example continuous; a second metal electrical connector, intended to be connected to a negative terminal of said power supply; an electrical insulator; high side semiconductor controllable switches mounted on an upper face of the first electrical connector said high side semiconductor controllable switches being provided with a first main electrode, a second main electrode and a control electrode order ; the power module being characterized in that a portion of an upper face of the first electrical connector and a portion of the lower face of the second electrical connector, directly facing the portion of the first electrical connector, are insulated by said electrical insulator , and in that at least part of the second electrical connector extends horizontally between two high side switches.
  • Such superposition of the first and second electrical connectors makes it possible to reduce the parasitic inductances generated by the electrical currents circulating in opposite directions in the first electrical connector and in the second electrical connector, which improves the energy efficiency of the power module.
  • such an architecture has a reduced footprint of the power module.
  • the term “directly” we mean the fact that the electrical insulator is in contact with the first electrical connector in the absence of any intermediate element between said first electrical connector and said insulator.
  • the second electrical connector is in contact with the insulator in the absence of any intermediate element between said insulator and said second electrical connector.
  • the horizontal direction corresponds to a direction parallel to the upper faces of the first, second and third electrical connectors and oriented from the first electrical connector towards the third electrical connector.
  • the power module according to the invention may also include one or more of the following optional characteristics, taken individually or in any technically possible combination.
  • the power module further comprises a third metal electrical connector, intended to be connected to a phase of an electrical machine.
  • the electrical insulator is fixed to the portion of the upper face of the first electrical connector and to the portion of the lower face of the second electrical connector.
  • the electric machine is a rotating electric machine having an electric motor function.
  • the third electrical connector and the first electrical conductor are obtained by cutting the same metal plate.
  • the portion of the lower face of the second electrical connector comprises a lower face of said part of the second electrical connector.
  • the high side controllable semiconductor switches are connected in parallel.
  • the high side controllable semiconductor switches are of the FET type (from the English “Field-Effect Transistor”) or of the IGBT type (from the English “Insulated-Gate Bipolar Transistor” ).
  • the FET type transistors are MOSFETs or MOSFETs with a silicon substrate (Si-MOSFET) or silicon carbide (SiC-MOSFET) or are FET transistors made of gallium nitride (GaN- FET).
  • the high side semiconductor controllable switches are electrically connected in parallel between the first electrical connector and the third electrical connector.
  • the high side controllable semiconductor switches each have a lower face provided with said first main electrode, said first main electrode being electrically connected to the first electrical connector and an upper face provided with said second electrode main and said control electrode.
  • the power module further comprises low side controllable semiconductor switches mounted on an upper face of the third electrical connector;
  • controllable low-side semiconductor switches are connected in parallel.
  • the low side controllable semiconductor switches are of the FET type (from the English “Field-Effect Transistor”) or of the IGBT type (from the English “Insulated-Gate Bipolar Transistor” ).
  • the FET type transistors are MOSFETs or MOSFETs with a silicon substrate (Si-MOSFET) or silicon carbide (SiC-MOSFET) or are FET transistors made of gallium nitride (GaN- FET).
  • the low side controllable semiconductor switches are electrically connected in parallel between the second electrical connector and the third electrical connector.
  • the power module further comprises controllable low-side semiconductor switches each having a lower face provided with a first main electrode connected to the third connector electrical and an upper face provided with a second main electrode and a control electrode;
  • the power module further comprises a plurality of high side electrical conductive strips, each second main electrode of each high side switch being electrically connected to a high side conductive strip, each side strip top of the plurality of high side strips comprising a tab fixed against an upper face of the third electrical connector to electrically connect the high side conductive strip to the third electrical connector;
  • the power module further comprises a plurality of low side electrical conductive strips, each second main electrode of each low side switch being electrically connected to a low side conductive strip, each side strip bottom of the plurality of low side strips comprising a tab fixed against an upper face of the second electrical connector to electrically connect the low side conductive strip to the second electrical connector.
  • At least one tab fixed against an upper face of the second electrical connector of a low side electrical conductive strip is fixed against the upper face of said part of the second electrical connector, said low side conductive strip being arranged between two high side bars.
  • the power module further comprises an electrical insulating substrate, a first face of which is positioned and/or fixed against the upper face of the second electrical connector and a second face of which, opposite the first face, carries a high side control track, said high side control track being connected to the control electrodes of the high side switches, preferably by at least one flexible electrical conductor such as a wire.
  • the high side control track extends at least partially along said part of the second electrical connector.
  • the upper face of the high side controllable semiconductor switches is also provided with a high side auxiliary electrode and in that the electrical insulating substrate also carries an auxiliary side electrode track high connected to said high side auxiliary electrodes, preferably by a flexible conductive wire such as a wire.
  • the high side auxiliary electrode track extends at least partially along said part of the second electrical connector.
  • a portion of the first face of the electrical insulating substrate is positioned and/or fixed against the upper face of said at least part of the second electrical connector so that the high side control track and/or or the high side auxiliary electrode track extend at least partially along said portion of the second electrical connector.
  • At least some of the high side switches are distributed in two alignments of switches parallel to each other, said part of the second electrical connector extending horizontally between said two alignments of switches .
  • the second electrical connector has a general shape substantially symmetrical with respect to an axis of symmetry.
  • the portion of the upper face of the first electrical connector and the portion of the lower face of the second electrical connector are planar.
  • the first electrical connector and the second electrical connector are flat metal plates.
  • the first electrical connector, the second electrical connector and the third electrical connector are at least partially overmolded by an electrical insulating overmolding.
  • the electrical insulator insulating the portion of the upper face of the first electrical connector and the lower face of the second electrical connector is formed by a portion of the electrical insulating overmolding.
  • the first electrical connector, the electrical insulator and the second electrical connector comprise coaxial through-holes, the interior and preferably the edges of the through-holes of the first and second electrical connectors being covered with an electrical insulator.
  • the first electrical connector, the electrical insulator and the second electrical connector comprise coaxial through holes, a diameter of the holes of the first and second electrical connectors being greater than a diameter of the holes of the electrical insulator.
  • a portion of the electrical insulating overmolding fills the holes of the first electrical connector, the holes of the electrical insulator, and the holes of the second electrical connector.
  • the upper face of the first electrical connector and the upper face of the third electrical connector are coplanar.
  • the invention relates to electrical equipment such as an inverter, an on-board charger or a DC-DC converter, characterized in that it comprises a power module such as predefined.
  • a mobility device comprising electrical equipment such as predefined.
  • a mobility device is for example a motorized land vehicle, an aircraft or a drone.
  • a motorized land vehicle is for example a motor vehicle, a motorcycle, a motorized bicycle or a motorized wheelchair.
  • a method of producing a power module as predefined comprising: obtaining a first electrical connector configured to be connected to a positive terminal of a power supply; obtaining a plurality of high-side semiconductor controllable switches, said high-side semiconductor controllable switches being provided with a first main electrode, a second main electrode and a control electrode order ; a mounting operation on an upper face of the first electrical connector of the plurality of high-side semiconductor controllable switches; positioning and/or fixing an electrical insulator on an upper face of the first electrical connector; obtaining a second metal electrical connector configured to be connected to a negative terminal of said power supply and configured so that at least a portion of the second electrical connector extends horizontally between two high side switches when a portion of the lower face of the second electrical connector is positioned and/or fixed directly opposite a portion of the upper face of the first electrical conductor; positioning and/or fixing directly opposite said portion of the upper face of the first electrical connector of said portion of the lower face
  • Obtaining the first electrical conductor may further include cutting, in the same metal plate, the first electrical connector and a third electrical connector configured to be connected to a phase of an electrical machine.
  • Figure 1 schematically represents an electrical system comprising a voltage converter implementing the invention in one embodiment of the invention
  • Figure 2 is a schematic representation of a three-dimensional view, from above, of a controllable semiconductor switch
  • Figure 3 is a schematic representation of a three-dimensional view, from below, of the controllable semiconductor switch of Figure 2;
  • Figure 4 is a three-dimensional view, from above, of a power module according to the invention.
  • Figure 5 is a two-dimensional top view of Figure 4; [0057] Figure 6 illustrates the successive stages of a process for manufacturing a power module, according to one embodiment of the invention.
  • the electrical system 1000 is for example intended to be installed in a mobility device such as a motor vehicle.
  • the electrical system 1000 firstly comprises an electrical power source 1020 designed to deliver a direct voltage U, for example between 800 V and 1000 V, for example 850 V.
  • the electrical power source 1020 is therefore a direct voltage source.
  • This electrical power source includes, for example, a battery.
  • the electrical system 1000 further comprises an electrical machine 1300 comprising several phases (not shown) intended to present respective phase voltages.
  • the electrical system 1000 further comprises a voltage converter 1004 connected between the electrical power source 1020 and the electrical machine 1300 to perform a conversion between the direct voltage U and the phase voltages.
  • the voltage converter 1004 firstly comprises a positive bus bar 106 and a negative bus bar 108 intended to be connected to the electrical power source 1020 to receive the direct voltage U, the positive bus bar 106 receiving a high electrical potential and the negative bus bar 108 receiving a low electrical potential.
  • the voltage converter 1004 further comprises at least one electrical module 300.
  • This electrical module 300 is a power module.
  • the power module 300 comprises a phase bus bar intended to be respectively connected to a phase of the electric machine 1300.
  • the voltage converter 1004 comprises three power modules 300 each comprising a phase bus bar 303 connected to a phase of the electrical machine 1300.
  • the electrical machine 1300 comprises a three-phase system comprising three phases.
  • the phase bus bars 303 of the three power modules 300 are respectively connected to the three phases of the three-phase system.
  • Each power module 300 comprises, for each phase bus bar 303, a first electrical component (here a high side switch 112) connected between the positive bus bar 106 and the phase bus bar 303 and a second electrical component (here a low side switch 114), connected between the phase bus bar 303 and the negative bus bar 108.
  • the switches 112, 114 are arranged so as to form a switching arm, in which the phase bus bar 303 forms a midpoint.
  • Each switch 112, 114 comprises first and second main terminals 116, 118 and a control terminal 120 intended to selectively open and close the switch 112, 114 between its two main terminals 116, 118 as a function of a signal command applied to it.
  • the positive bus bar 106, the negative bus bar 108 and the phase bus bars 303 are preferably planar, formed for example from an electrically conductive material, such as copper, and have preferably a thickness between 0.3 mm and 1.5 mm, preferably less than 1.2 mm.
  • the positive bus bar 106 firstly comprises a common positive bus bar 106A connecting the power modules 300 and, in each power module 300, a local positive bus bar 106B connected to the positive common bus bar 106A.
  • the negative bus bar 108 includes a negative common bus bar 108A connecting the power modules 300 and, in each power module 300, a negative local bus bar 108B connected to the negative common bus bar 108A.
  • the connections are represented in Figure 1 by diamonds.
  • the positive common bus bar 106A and the negative common bus bar 108A are each formed from a single conductive part.
  • the electric machine 1300 is a rotating electric machine having the function of an electric motor intended to drive the wheels of the motor vehicle via its output axis.
  • the electrical machine 1300 supplies electrical energy towards the electrical power source 1020 from the rotation of the output axis.
  • the voltage converter 1004 then functions as a rectifier. When operating as an electric motor, the electric machine drives the output shaft.
  • the voltage converter 1004 then operates as an inverter.
  • the switches 112, 114 are preferably made by means of one or more transistors 100 connected in parallel.
  • the transistors are for example field effect transistors with a metal-oxide-semiconductor structure (from the English “Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor” or MOSFET)) or a field effect transistor with a metal-oxide gate with a silicon substrate (from the English “Silicon Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor” also designated by the acronym Si MOSFET) or a metal-oxide gate field effect transistor with a silicon carbide substrate (from the English “Silicon Carbide Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor” also designated by the acronym SiC MOSFET) having a gate forming the control terminal 120, and a drain and a source respectively forming the main terminals 116, 118.
  • the switches 112, 114 could be insulated gate bipolar transistors (Insulated Gate Bipolar Transistor or IGBT) or gallium nitridium
  • the transistor 100 is, in the example described, a MOSFET which comprises first and second main electrodes for the power current input and output respectively. When several transistors 100 are connected in parallel, all the first main electrodes are connected together as are all the second main electrodes.
  • the first main electrodes form the first main terminal of the switch 112, 114 and the second main electrodes form the second main terminal of the switch 112, 114.
  • the transistor 100 further comprises a control electrode corresponding to the control terminal of the switch 112,114.
  • the control electrode is for example referenced relative to the second main power current output electrode.
  • the control electrode is designed to define the state of the transistor 100, in particular open to let the power current pass between the main electrodes, or closed to prevent the power current from passing between the main electrodes.
  • the first and second main electrodes are called drain and source respectively, while the control electrode is called gate.
  • the first and second main electrodes are called collector and emitter respectively, while the control electrode is called gate.
  • the transistor 100 may further comprise an auxiliary electrode, called a Kelvin source, connected to the second electrode to be at the same potential.
  • This auxiliary electrode can thus be used in place of the second main electrode, for example to control the transistor 100 as closely as possible.
  • the second main electrode and the auxiliary electrode can be formed by a single electrode on the transistor 100.
  • the transistors described are assumed to be MOSFETs, and the corresponding terminology for the electrodes will be used. It will be easily adapted by the skilled person to other types of switches.
  • the transistor 100 is a flat component having an upper face 102 provided with the source S, the Kelvin source SK and the gate G.
  • the transistor 100 has a lower face 202 provided with the drain D (which covers the entire lower face 202 in the example illustrated).
  • the power module 300 is preferably configured to be attached to a heat sink (not shown).
  • the power module comprises a first electrical connector or positive local bus bar 106B, a second electrical connector or negative local bus bar 108B and a third electrical connector or phase bus bar 303 .
  • the third electrical connector 303 and the first electrical conductor 106B are obtained by cutting the same metal plate and the second electrical connector 108B is also in the form of a flat metal plate.
  • the power module 300 also includes an electrical insulator 304.
  • the electrical insulator 304 is for example formed from a ceramic with a high dielectric strength greater than 8kV/mm , preferably greater than 15kV/mm, so as to have the finest ceramic possible.
  • the ceramic can optionally be metallized on both sides. In the latter case, the ceramic can be brazed with a tin alloy or sintered with a silver paste on the first electrical connector 106B and on the second electrical connector 108B.
  • the electrical insulator 304 can also be formed of at least one metal sheet, for example copper or aluminum, placed between two sheets of dielectric, for example resin, said sheets being laminated to form the electrical insulator 304 which is then fixed to the first and second electrical connector for example by heat pressing.
  • the dielectric sheets can be replaced by a thermosetting polymer layer.
  • the electrical insulator can also be a resin, for example an epoxy resin comprising for example silica.
  • the electrical insulator 304 directly covers a portion of the upper face of the first electrical connector 106B.
  • a portion of the lower face of the second electrical connector 108B directly facing the portion of the upper face of the first electrical connector 106B directly covers the insulator 304.
  • the portion of the upper face of the first electrical connector 106B and the portion of the lower face of the second electrical connector are insulated by the electrical insulator 304.
  • the electrical insulator 304 is fixed to the portion of the upper face of the first electrical connector 106B and to the portion of the lower face of the second electrical connector 108B.
  • the power module 300 further comprises controllable semiconductor switches HS, LS which are in the example described MOSFETs similar to that described with reference to Figure 2 and to Figure 3.
  • controllable switches HS LS: high side switches HS are arranged in parallel to produce the switch 112.
  • the first main electrodes D are connected to each other and the second main electrodes are also connected to each other.
  • the lower face 202 of these high side switches is fixed against the first electrical connector 106B, to electrically connect their first main electrode D to the first electrical connector 106B.
  • low side switches LS are arranged in parallel to make the switch 114.
  • the first main electrodes D are connected to each other and the second main electrodes are also connected to each other , with their lower face 202 fixed against the third electrical connector 303, to electrically connect their first main electrode D to the third electrical connector 303.
  • the power module 300 further comprises a plurality of high side electrical conductive strips 306 fixed against the upper faces 102 of the high side switches HS to be electrically connected to the second main electrodes S of the high side switches HS, each high side strip 306 of the plurality of high side strips 306 comprising a tab 315 fixed against the upper face of the third electrical connector 303 to electrically connect the high side conductive strip 306 to the third electrical connector 303.
  • the high side electrical conductive strips 306 are for example formed from copper strips or aluminum ribbon. Each of these copper or aluminum strips is electrically connected to the third electrical connector 303 and to at least a second electrode of a high side switch by sintering using silver paste or by brazing using a tin alloy having high reliability compared to power cycling tests.
  • the high side strips 306 connect at least two upper faces 102 of respectively two high side switches HS, which makes it possible to optimize the spatial dimensions of the power module.
  • the power module 300 further comprises a plurality of low side electrical conductive strips 307 fixed against the upper faces 102 of the low side switches LS to be electrically connected to the second main electrodes S of the low side switches 307, each low side strip 307 of the plurality of low side electrical conductive strips 307 comprising a tab 308 fixed against the upper face of the second connector 108B to electrically connect the low side conductive strip 307 to the second connector 108B.
  • the low side electrical conductive strips 307 are for example formed from copper strips or aluminum ribbon. Each of these copper strips or of aluminum is electrically connected to the second electrical connector 108B and to at least one second electrode of a low side switch by sintering using a silver paste or by brazing using a tin alloy having a high reliability compared to power cycling tests.
  • the low side strips 307 connect at least two upper faces 102 of respectively two low side switches HS, which makes it possible to optimize the spatial dimensions of the power module.
  • the second electrical connector 108B comprises at least one part 305, in the example described two, extending spatially between two high side switches HS.
  • the high side switches HS are distributed into four alignments of switches parallel to each other, each of the parts 305 of the second electrical connector 108B extending horizontally between two of these alignments of switches.
  • each of the parts 305 of the second electrical connector 108B is included in the portion of the lower face of the second electrical connector 108B directly facing it and insulated by the insulator 304 of the portion of the upper face of the first electrical connector 106B.
  • the tabs 308 of the low side electrical conductive strips 307 are then fixed on the second electrical connector 108B on the ends of these parts 305.
  • At least one tab 308 of a low side electrical conductive strip 307 is fixed against the upper face of the part 305 of the second electrical connector 108B, this low side conductive strip 307 being arranged between two strips of high side 306.
  • this low side conductive strip 307 being arranged between two strips of high side 306.
  • the second electrical connector 108B has a general shape substantially symmetrical with respect to an axis of symmetry A. Furthermore, when this second electrical connector 108B is planar, the axis of symmetry is in this plane.
  • the first electrical connector 106B, the second electrical connector 108B and the insulator 304 comprise through holes 309. Holes 309 of the first connector electrical are coaxial with the holes 309 of the insulator 304. The holes 309 of the second electrical connector are coaxial with the holes 309 of the electrical insulator 304.
  • the interior and optionally the edges of the through holes 309 of the first and second electrical connectors are covered with an electrical insulator.
  • the diameter of the holes 309 of the first and second electrical connectors is greater than the diameter of the holes 309 of the electrical insulator 304.
  • the power module 300 comprises an electrical insulating overmolding (not shown) overmolding together a portion of the electrical connectors 106B, 108B, 303 and the electrical insulator 304.
  • the electrical insulator 304 can be formed by a part of the electrical insulating overmolding.
  • the overmolding fills the holes 309 of the first electrical connector 106B, the holes 309 of the electrical insulator 304, and the holes 309 of the second electrical connector 108B.
  • the adhesion of the first electrical connector and the second electrical connector to the electrical insulating overmolding is reinforced.
  • the overmolding is for example formed from a thermosetting material, for example from epoxy resin containing elements, preferably spherical, of silica representing for example by mass between 80 and 90% of the epoxy/set. silica.
  • the power module 300 further comprises a high side control track PGHS and a high side auxiliary electrode track called the high side Kelvin source track PSKHS, carried by an electrical insulating substrate 310, a first face of which is fixed against the upper face of the second electrical connector and a second face of which, opposite the first face, carries the two high side tracks PGHS, PSKHS -
  • the two high side tracks PGHS, PSKHS are for example brazed (for example by brazing with active metal (from the English “Active Metal Brazing”, also designated by the acronym AMB) or sintered, or glued, or fixed by a high temperature oxidation process on said upper face of the electrical insulating substrate 310.
  • the high side control track PGHS is connected to the control electrodes G of the high side switches HS, preferably by at least one flexible electrical conductor such as a wire. Furthermore, the Kelvin sources of the high side switches HS are connected to the high side Kelvin source trace PSKHS by at least one flexible electrical conductor such as a wire. [00108] Alternatively, discrete components such as resistors can be attached to the second face of the substrate 310 to improve the control of the high side switches HS.
  • a gate resistor can be electrically connected by one of its terminals to the high side control track and by the other of its terminals to a gate track carried by the second face of the substrate 310, said gate track being connected to the control electrode G of the high side switch HS, preferably by at least one flexible electrical conductor such as a wire.
  • a resistor may be similarly interposed between the high side Kelvin source track PSKHS and the Kelvin source of each high side switch HS.
  • the high side control track PGHS comprises a control pin BGHS and the Kelvin source track PSKHS comprises a high side auxiliary control pin BSKHS-
  • the high side pins BGHS, BSKHS are for example soldered or sintered on respectively the high side tracks PGHS, PSKHS and extend orthogonally to the upper face of the second electrical connector 108B.
  • the high side switches HS can therefore be controlled by applying a voltage between the tracks PGHS, PSKHS-
  • the power module 300 further comprises a low side control track PGLS and a low side auxiliary electrode track called the low side Kelvin source track PSKLS, carried by an electrical insulating substrate 311, a first face of which is fixed against the upper face of the third electrical connector and a second face of which, opposite the first face, carries the two low side tracks PGLS, PSKLS -
  • the two low side tracks PGLS, PSKLS are for example brazed (for example by brazing with active metal (from the English “Active Metal Brazing”, also designated by the acronym AMB) or sintered, or glued, or fixed by a high temperature oxidation process on said upper face of the electrical insulating substrate 311.
  • the low side control track PGLS is connected to the control electrodes G of the low side switches LS, preferably by at least one flexible electrical conductor such as a wire. Furthermore, the Kelvin sources of the low side switches LS are connected to the low side Kelvin source track PSKLS by at least one flexible electrical conductor such as a wire.
  • discrete components such as resistors can be attached to the second face of the substrate 311 to improve the control of the low side switches LS.
  • a gate resistor can be electrically connected by one of its terminals to the low side control track and by the other of its terminals to a gate track carried by the second face of the substrate 311, said gate track being connected to the control electrode G of the low side switch LS, preferably by at least one flexible electrical conductor such as a wire.
  • a The resistor can be similarly interposed between the low side Kelvin source trace PSKLS and the Kelvin source of each low side switch LS.
  • the low side control track PGLS includes a control pin BGLS and the Kelvin source track PSKLS includes a low side auxiliary control pin BSKLS.
  • the low side pins BGLS, BSKLS are for example soldered or sintered on respectively the high side tracks PGLS, PSKLS and extend orthogonally to the upper face of the third electrical connector 303.
  • the low side switches LS can therefore be controlled by applying a voltage between the tracks PGLS, PSKLS-
  • Such a method firstly comprises a step E50 of obtaining a conductive plate, preferably made of metal, extending along a main plane.
  • the method comprises a step E100 of cutting, in the conductive plate on the one hand, a frame part, a first electrical connector 106B configured to be connected to a positive terminal of a power supply and a third electrical connector 303 configured to be connected to a phase of an electrical machine and, on the other hand, attachment tabs of each electrical connector with at least the frame part.
  • the method comprises a step E200 of obtaining a plurality of controllable high-side semiconductor switches HS each having a lower face 202 provided with a first main electrode D and an upper face 102 provided with a second main electrode S and a control electrode G.
  • the method comprises a step E300 of mounting on an upper face of the first electrical connector 106B of the plurality of controllable high-side semiconductor switches HS so as to electrically connect to the first electrical connector 106B the first principle electrode of each switch of said plurality;
  • the method comprises a step E400 of obtaining a plurality of controllable low-side semiconductor switches each having a lower face 202 provided with a first main electrode and an upper face 102 provided with a second main electrode S and a control electrode G;
  • the method comprises a step E500 of mounting on an upper face of the third electrical connector 303 of the plurality of semi-controllable switches. low side conductors LS so as to electrically connect to the third electrical connector 303 the first principle electrode of each switch of said plurality;
  • the method comprises a step E600 of positioning and/or fixing an electrical insulator 304 on a portion of the upper face of the first electrical connector 106B;
  • the method comprises a step E700 of obtaining a second metal electrical connector configured to be connected to a negative terminal of the electrical power supply and configured so that at least part of the second electrical connector extends horizontally between two high side switches when a portion of the lower face of the second electrical connector is positioned and/or fixed directly opposite a portion of the upper face of the first electrical conductor.
  • the method comprises a step E800 of positioning and/or fixing directly opposite the portion of the upper face of the first electrical connector 106B of the portion of the lower face of the second electrical connector 108B so that the insulator electrical 304 electrically insulates the first portion of the upper face of the first electrical connector 106B and the second portion of the lower face of the second electrical connector 108B.
  • the method comprises a step E900 of obtaining a plurality of high side electrical conductive strips 306.
  • the method comprises a step E1000 of connecting each second main electrode of each high side switch to a high side conductive strip and of fixing a tab 315 of each high side strip of the plurality of strips of high side 306 against an upper face of the third electrical connector 303 to electrically connect the high side conductive strip 306 to the third electrical connector 303;
  • the method comprises a step E1100 of obtaining a plurality of low side electrical conductive strips 307;
  • the method comprises a step E1200 of connecting each second main electrode of each low side switch to a low side conductive strip and of fixing a tab 308 of each low side strip of the plurality of strips of low side 307 against an upper face of the second electrical connector 108B to connect electrically the low side conductive strip 307 to the second electrical connector 108B.
  • the method comprises a step E1300 of obtaining an electrical insulating substrate 310 carrying on a first face a high side control track PGHS and a high side auxiliary electrode track called the side Kelvin source track top PSKHS-
  • the method comprises a step E1400 of positioning and/or fixing a second face, opposite the first face, of the electrical insulating substrate 310 against the upper face of the second electrical connector.
  • the method comprises a step E1500 of connecting the high side control track PGHS to the control electrodes G of the high side transistors.
  • the method comprises a step E1600 of connecting the high side Kelvin source track PSKHS to the Kelvin sources of the high side switches HS.
  • the method comprises a step E1700 of obtaining an electrical insulating substrate 311 carrying on a first face a low side control track PGLS and a low side auxiliary electrode track called the side Kelvin source track low PSKLS-
  • the method comprises a step E1800 of positioning and/or fixing a second face, opposite the first face, of the electrical insulating substrate 311 against the upper face of the third electrical connector.
  • the method comprises a step E1900 of connecting the low side control track PGLS to the control electrodes G of the low side transistors LS.
  • the method comprises a step E2000 of connecting the low side Kelvin source track PSKLS to the Kelvin sources of the low side switches LS.
  • the method comprises a step E2100 of overmolding the first electrical connector 106B, the second electrical connector 108B, the third electrical connector 303, the plurality of controllable high-side semiconductor switches HS, the plurality of high side electrical conductive strips, the plurality of low side controllable semiconductor switches LS, the plurality of low side electrical conductive strips, electrical insulating substrates 310, 311 and tracks carried by these substrates by a electrical insulating overmolding.
  • the method includes a step E2200 of cutting the attachment tabs to separate the first electrical connector 106B and the third electrical connector 303 from the frame part.
  • the high side controllable semiconductor switches HS can each have as a variant a first main electrode D located on the upper face 102 and not on the lower face 202, this first main electrode D being for example connected by a metal tab to the first electrical connector 106B.
  • Such a configuration is also possible for LS low-side semiconductor controllable switches.
  • the invention was presented in the context of a reversible DC-AC converter but it also applies to an inverter, an on-board charger or a DC-DC converter comprising a power module according to the invention.

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Abstract

La présente invention concerne un module de puissance (300) comprenant : - Un premier connecteur électrique (106B) en métal, destiné à être connecté à une borne positive d'une alimentation électrique, par exemple continue; - un deuxième connecteur électrique (108B) en métal, destiné à être connecté à une borne négative de ladite alimentation électrique; - un isolant électrique (304); - des interrupteurs commandables à semi-conducteur de côté haut (HS) montés sur une face supérieure du premier connecteur électrique (106B), lesdits interrupteurs commandables à semi-conducteur de côté haut étant munis d'une première électrode principale, d'une deuxième électrode principale et d'une électrode de commande; le module de puissance étant caractérisé en ce qu'une portion d'une face supérieure du premier connecteur électrique (106B) et une portion de la face inférieure du deuxième connecteur électrique (108B), directement en regard de la portion du premier connecteur électrique (106B), sont isolées par ledit isolant électrique, et en ce qu'au moins une partie (305) du deuxième connecteur électrique (108B) s'étend horizontalement entre deux interrupteurs de côté haut (HS).

Description

DESCRIPTION
Titre de l’invention : Module de puissance
DOMAINE TECHNIQUE
[0001] La présente invention concerne le domaine des modules de puissance. Elle concerne plus précisément les équipements électriques tels que les onduleurs, les chargeurs embarqués, les convertisseurs DC-DC munis de modules de puissance et associés à une machine électrique, par exemple un moteur de véhicule électrique ou hybride.
ETAT DE LA TECHNIQUE
[0002] Dans le cas des équipements électriques tels que des onduleurs, des chargeurs embarqués ou des convertisseurs DC-DC, il est connu de relier une source de tension, par exemple une source de tension continue à une machine électrique, par exemple une machine électrique tournante, par le biais de modules de puissance, dont le rôle est de commander en toute sécurité la nature et la quantité d’énergie électrique transférées de la source d’énergie vers la machine électrique et vice-versa.
[0003] Par « module électronique de puissance », on entend un ensemble comprenant des composants par lesquels passe de l’énergie alimentant la machine électrique, notamment destinés à transformer le courant continu en courants alternatifs ou vice-versa. Ces composants peuvent comprendre des interrupteurs électroniques, tels que par exemple des transistors semi-conducteurs, agencés en circuit électrique pour permettre un passage commandé d’énergie électrique entre une batterie d’alimentation et la machine électrique. En particulier, les composants sont des puces semi-conductrices nues pour lesquelles on réalise une encapsulation. Autrement dit, un module électronique de puissance est un ensemble comprenant une pluralité de puces semi-conductrices formant un circuit électrique encapsulées dans un même boîtier.
[0004] Au sein d’un module de puissance, il est connu d’utiliser des connecteurs électriques, ou « leadframes » pour l’homme du métier, consistant généralement en des conducteurs électriques plats, formés le plus souvent à partir de cuivre, que l’on associe à des interrupteurs commandables à semi-conducteurs, comme des interrupteurs à transistor tel qu’un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde (de l’anglais « Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » également désigné par l’acronyme MOSFET) ou bien un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde avec un substrat silicium (de l’anglais « Silicon Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » également désigné par l’acronyme Si MOSFET) ou bien un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde avec un substrat au carbure de silicium (de l’anglais « Silicon Carbide Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » également désigné par l’acronyme SiC MOSFET) ou bien un transistor bipolaire à grille isolée (de l’anglais « Insulated Gate Bipolar Transistor » également désigné par l’acronyme IGBT) ou bien un transistor à effet de champ au nitrure de gallium (de l’anglais « Gallium Nitride Field Effect Transistor » également désigné par l’acronyme GaN FET.
[0005] De tels semi-conducteurs sont assemblés et pilotés ensemble de façon synchronisée pour réduire les pertes par commutation au sein du module de puissance. Néanmoins, l’architecture globale actuelle des modules de puissance connus présente des limites, que cela soit du point de vue du rendement énergétique, de l’encombrement du module, ou bien de la souplesse du pilotage des semi-conducteurs d’un tel module.
[0006] L’invention proposée vise à résoudre les inconvénients de la technique en proposant une architecture de module de puissance limitant les pertes énergétiques par commutation et par conduction, favorisant le pilotage des semi-conducteurs et présentant une meilleure compacité.
PRESENTATION DE L’INVENTION
[0007] Plus précisément, l’invention a pour objet un module de puissance comprenant :
Un premier connecteur électrique en métal, destiné à être connecté à une borne positive d’une alimentation électrique, par exemple continue ; un deuxième connecteur électrique en métal, destiné à être connecté à une borne négative de ladite alimentation électrique ; un isolant électrique ; des interrupteurs commandables à semi-conducteur de côté haut montés sur une face supérieure du premier connecteur électrique lesdits interrupteurs commandables à semi-conducteur de côté haut étant munis d’une première électrode principale, d’une deuxième électrode principale et d’une électrode de commande ; le module de puissance étant caractérisé en ce qu’une portion d’une face supérieure du premier connecteur électrique et une portion de la face inférieure du deuxième connecteur électrique, directement en regard de la portion du premier connecteur électrique, sont isolées par ledit isolant électrique, et en ce qu’au moins une partie du deuxième connecteur électrique s’étend horizontalement entre deux interrupteurs de côté haut. [0008] Une telle superposition des premier et deuxième connecteurs électriques permet de réduire les inductances parasites générées par les courants électriques circulant en sens opposé dans le premier connecteur électrique et dans le deuxième connecteur électrique ce qui améliore le rendement énergétique du module de puissance. En outre, une telle architecture présente un encombrement réduit du module de puissance.
[0009] Par le vocable « directement » on entend le fait que l’isolant électrique est au contact du premier connecteur électrique en l’absence de tout élément intermédiaire entre ledit premier connecteur électrique et ledit isolant. De la même manière, le deuxième connecteur électrique est au contact de l’isolant en l’absence de tout élément intermédiaire entre ledit isolant et ledit deuxième connecteur électrique. La direction horizontale correspond à une direction parallèle aux faces supérieures du premier, deuxième et troisième connecteurs électriques et orientée du premier connecteur électrique vers le troisième connecteur électrique.
[0010] Le module de puissance selon l’invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou bien selon n’importe quelle combinaison techniquement possible.
[0011] Selon une première caractéristique, le module de puissance comprend en outre un troisième connecteur électrique en métal, destiné à être connecté à une phase d’une machine électrique.
[0012] Selon une autre caractéristique, l’isolant électrique est fixé à la portion de la face supérieure du premier connecteur électrique et à la portion de la face inférieure du deuxième connecteur électrique.
[0013] Selon un autre caractéristique, la machine électrique est une machine électrique tournante ayant une fonction de moteur électrique.
[0014] Selon une autre caractéristique, le troisième connecteur électrique et le premier conducteur électrique sont obtenu par découpe d’une même plaque métallique.
[0015] Selon une autre caractéristique, la portion de la face inférieure du deuxième connecteur électrique comprend une face inférieure de ladite partie du deuxième connecteur électrique.
[0016] Selon une autre caractéristique, les interrupteurs commandables à semi-conducteur de côté haut sont connectés en parallèle. [0017] Selon une autre caractéristique, les interrupteurs commandables à semi-conducteur de côté haut sont de type FET (de l’anglais « Field-Effect Transistor ») ou de type IGBT (de l’anglais « Insulated-Gate Bipolar Transistor »).
[0018] Selon une autre caractéristique, les transistors de type FET sont des MOSFETs ou des MOSFETs avec substrat en silicium (Si-MOSFET) ou en carbure de silicium (SiC-MOSFET) ou sont des transistors FET en nitrure de gallium (GaN-FET).
[0019] Selon une autre caractéristique, les interrupteurs commandables à semi-conducteur de côté haut sont connectés électriquement en parallèle entre le premier connecteur électrique et le troisième connecteur électrique.
[0020] Selon une autre caractéristique, les interrupteurs commandables à semi-conducteur de côté haut présentent chacun une face inférieure munie de ladite première électrode principale, ladite première électrode principale étant connectée électriquement au premier connecteur électrique et une face supérieure munie de ladite deuxième électrode principale et de ladite électrode de commande.
[0021] Selon une autre caractéristique, le module de puissance comprend en outre des interrupteurs commandables à semi-conducteur de côté bas montés sur une face supérieure du troisième connecteur électrique ;
[0022] Selon une première caractéristique, les interrupteurs commandables à semi- conducteur de côté bas sont connectés en parallèle.
[0023] Selon une autre caractéristique, les interrupteurs commandables à semi-conducteur de côté bas sont de type FET (de l’anglais « Field-Effect Transistor ») ou de type IGBT (de l’anglais « Insulated-Gate Bipolar Transistor »).
[0024] Selon une autre caractéristique, les transistors de type FET sont des MOSFETs ou des MOSFETs avec substrat en silicium (Si-MOSFET) ou en carbure de silicium (SiC-MOSFET) ou sont des transistors FET en nitrure de gallium (GaN-FET).
[0025] Selon une autre caractéristique, les interrupteurs commandables à semi-conducteur de côté bas sont connectés électriquement en parallèle entre le deuxième connecteur électrique et le troisième connecteur électrique.
[0026] Selon une autre caractéristique, le module de puissance comprend en outre des interrupteurs commandables à semi-conducteur de côté bas présentant chacun une face inférieure munie d’une première électrode principale connectée au troisième connecteur électrique et une face supérieure munie d’une deuxième électrode principale et d’une électrode de commande ;
[0027] Selon une autre caractéristique, le module de puissance comprend en outre une pluralité de barrettes conductrices électriques de côté haut, chaque deuxième électrode principale de chaque interrupteur de côté haut étant connectée électriquement à une barrette conductrice de côté haut, chaque barrette de côté haut de la pluralité de barrettes de côté haut comprenant une patte fixée contre une face supérieure du troisième connecteur électrique pour connecter électriquement la barrette conductrice de côté haut au troisième connecteur électrique ;
[0028] Selon une autre caractéristique, le module de puissance comprend en outre une pluralité de barrettes conductrices électriques de côté bas, chaque deuxième électrode principale de chaque interrupteur de côté bas étant connectée électriquement à une barrette conductrice de côté bas, chaque barrette de côté bas de la pluralité de barrettes de côté bas comprenant une patte fixée contre une face supérieure du deuxième connecteur électrique pour connecter électriquement la barrette conductrice de côté bas au deuxième connecteur électrique.
[0029] Selon une autre caractéristique, au moins une patte fixée contre une face supérieure du deuxième connecteur électrique d’une barrette conductrice électrique de côté bas est fixée contre la face supérieure de ladite partie du deuxième connecteur électrique, ladite barrette conductrice de côté bas étant disposée entre deux barrettes de côté haut.
[0030] Selon une autre caractéristique, le module de puissance comprend en outre un substrat isolant électrique dont une première face est positionnée et/ou fixée contre la face supérieure du deuxième connecteur électrique et dont une deuxième face, opposée à la première face porte une piste de commande de côté haut, ladite piste de commande de côté haut étant connectée aux électrodes de commande des interrupteurs de côté haut, de préférence par au moins un conducteur électrique souple tel qu’un fil.
[0031] Selon une autre caractéristique, la piste de commande de côté haut s’étend au moins partiellement le long de ladite partie du deuxième connecteur électrique.
[0032] Selon une autre caractéristique, la face supérieure des interrupteurs commandables à semi-conducteur de côté haut est également munie d’une électrode auxiliaire de côté haut et en ce que le substrat isolant électrique porte également une piste d’électrode auxiliaire de côté haut connectée auxdites électrodes auxiliaires de côté haut, de préférence par un fil conducteur souple tel qu’un fil. [0033] Selon une autre caractéristique, la piste d’électrode auxiliaire de côté haut s’étend au moins partiellement le long de ladite partie du deuxième connecteur électrique.
[0034] Selon une autre caractéristique, une portion de la première face du substrat isolant électrique est positionnée et/ou fixée contre la face supérieure de ladite au moins une partie du deuxième connecteur électrique de sorte que la piste de commande de côté haut et/ou la piste d’électrode auxiliaire de côté haut s’étendent au moins partiellement le long de ladite partie du deuxième connecteur électrique.
[0035] Selon une autre caractéristique, au moins certains des interrupteurs de côté haut sont répartis en deux alignements d’interrupteurs parallèles l’un à l’autre, ladite partie du deuxième connecteur électrique s’étendant horizontalement entre lesdits deux alignements d’interrupteurs.
[0036] Selon une autre caractéristique, le deuxième connecteur électrique présente une forme générale sensiblement symétrique par rapport à un axe de symétrie.
[0037] Selon une autre caractéristique, la portion de la face supérieure du premier connecteur électrique et la portion de la face inférieure du deuxième connecteur électrique sont planes.
[0038] Selon une autre caractéristique le premier connecteur électrique et le deuxième connecteur électrique sont des plaques métalliques planes.
[0039] Selon une autre caractéristique, le premier connecteur électrique, le deuxième connecteur électrique et le troisième connecteur électrique sont au moins partiellement surmoulés par un surmoulage isolant électrique.
[0040] Selon une autre caractéristique, l’isolant électrique isolant la portion de la face supérieure du premier connecteur électrique et la face inférieure du deuxième connecteur électrique est formé par une portion du surmoulage isolant électrique.
[0041] Selon une autre caractéristique, le premier connecteur électrique, l’isolant électrique et le deuxième connecteur électrique comprennent des trous débouchants coaxiaux, l’intérieur et de préférence les bords des trous débouchants du premier et du deuxième connecteurs électriques étant recouvert d’un isolant électrique.
[0042] Selon une autre caractéristique, le premier connecteur électrique, l’isolant électrique et le deuxième connecteur électrique comprennent des trous débouchants coaxiaux, un diamètre des trous des premier et deuxième connecteurs électriques étant supérieur à un diamètre des trous de l’isolant électrique.
[0043] Selon une autre caractéristique, une portion du surmoulage isolant électrique remplit les trous du premier connecteur électrique, les trous de l’isolant électrique, et les trous du deuxième connecteur électrique.
[0044] Selon une autre caractéristique, la face supérieure du premier connecteur électrique et la face supérieure du troisième connecteur électrique sont coplanaires.
[0045] Selon un autre aspect de l’invention, celle-ci a trait à un équipement électrique tel qu’un onduleur, un chargeur embarqué ou un convertisseur DC-DC, caractérisé en ce qu’il comprend un module de puissance tel que prédéfini.
[0046] Selon un autre aspect de l’invention, celle-ci a trait à un engin de mobilité comprenant un équipement électrique tel que prédéfini.
[0047] Un engin de mobilité est par exemple un véhicule terrestre à moteur, un aéronef ou un drone.
[0048] Un véhicule terrestre à moteur est par exemple un véhicule automobile, une moto, un vélo motorisé ou un fauteuil roulant motorisé.
[0049] Selon un autre aspect de l’invention, celle-ci a trait à un procédé de réalisation d’un module de puissance tel que prédéfini, le procédé comprenant : l’obtention d’un premier connecteur électrique configuré pour être connecté à une borne positive d’une alimentation électrique ; l’obtention d’une pluralité d’interrupteurs commandables à semi-conducteur de côté haut, lesdits interrupteurs commandables à semi-conducteur de côté haut étant munis d’une première électrode principale, d’une deuxième électrode principale et d’une électrode de commande ; une opération de montage sur une face supérieure du premier connecteur électrique de la pluralité d’interrupteurs commandables à semi-conducteurs de côté haut ; le positionnement et/ou la fixation d’un isolant électrique sur une face supérieure du premier connecteur électrique ; l’obtention d’un deuxième connecteur électrique en métal configuré pour être connecté à une borne négative de ladite alimentation électrique et configuré pour qu’au moins une partie du deuxième connecteur électrique s’étende horizontalement entre deux interrupteur de côté haut lorsqu’une portion de la face inférieure du deuxième connecteur électrique est positionnée et/ou fixée directement en regard d’une portion de la face supérieure du premier conducteur électrique ; le positionnement et/ou la fixation directement en regard de ladite portion de la face supérieure du premier connecteur électrique de ladite portion de la face inférieure du deuxième connecteur électrique de sorte que l’isolant électrique isole électriquement la première portion de la face supérieure du premier connecteur électrique et la deuxième portion de la face inférieure du deuxième connecteur électrique.
[0050] L’obtention du premier conducteur électrique peut en outre comprendre une découpe, dans une même plaque métallique, du premier connecteur électrique et d’un troisième connecteur électrique configuré pour être connecté à une phase d’une machine électrique.
PRESENTATION DES FIGURES
[0051] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et se référant aux dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquels des références identiques sont données à des objets semblables et sur lesquels :
[0052] la figure 1 représente schématiquement un système électrique comportant un convertisseur de tension mettant en oeuvre l’invention dans un mode de réalisation de l’invention
[0053] La figure 2 est une représentation schématique d’une vue en trois dimensions, de dessus, d’un interrupteur commandable à semi-conducteur ;
[0054] La figure 3 est une représentation schématique d’une vue en trois dimensions, de dessous, de l’interrupteur commandable à semi-conducteur de la figure 2 ;
[0055] La figure 4 est une vue en trois dimensions, de dessus, d’un module de puissance selon l’invention ;
[0056] La figure 5 est une vue de dessus en deux dimensions de la figure 4 ; [0057] La figure 6 illustre les étapes successives d’un procédé de fabrication d’un module de puissance, selon un mode de réalisation de l’invention.
[0058] Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour permettre de mettre en oeuvre l’invention ; bien que non limitatives, lesdites figures servent notamment à mieux définir l’invention le cas échéant.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
[0059] En référence à la figure 1 , un système électrique 1000 mettant en oeuvre l’invention dans un premier mode de réalisation de l’invention va à présent être décrit.
[0060] Le système électrique 1000 est par exemple destiné à être implanté dans un engin de mobilité tel qu’un véhicule automobile.
[0061 ] Le système électrique 1000 comporte tout d’abord une source d’alimentation électrique 1020 conçue pour délivrer une tension continue U, par exemple comprise entre 800 V et 1000 V, par exemple 850 V.
[0062] La source d’alimentation électrique 1020 est donc une source de tension continue. Cette source d’alimentation électrique comporte par exemple une batterie.
[0063] Le système électrique 1000 comporte en outre une machine électrique 1300 comportant plusieurs phases (non représentées) destinées à présenter des tensions de phase respectives.
[0064] Le système électrique 1000 comporte en outre un convertisseur de tension 1004 connecté entre la source d’alimentation électrique 1020 et la machine électrique 1300 pour effectuer une conversion entre la tension continue U et les tensions de phase.
[0065] Le convertisseur de tension 1004 comporte tout d’abord une barre omnibus positive 106 et une barre omnibus négative 108 destinées à être connectées à la source d’alimentation électrique 1020 pour recevoir la tension continue U, la barre omnibus positive 106 recevant un potentiel électrique haut et la barre omnibus négative 108 recevant un potentiel électrique bas.
[0066] Le convertisseur de tension 1004 comporte en outre au moins un module électrique 300. Ce module électrique 300 est un module de puissance. Le module de puissance 300 comporte une barre omnibus de phase destinée à être respectivement connectée à une phase de la machine électrique 1300. [0067] Dans l’exemple décrit, le convertisseur de tension 1004 comporte trois modules de puissance 300 comportant chacun une barre omnibus de phase 303 connectée à une phase de la machine électrique 1300.
[0068] Plus précisément, dans l’exemple décrit, la machine électrique 1300 comporte un système triphasé comportant trois phases. Les barres omnibus de phase 303 des trois modules de puissance 300 sont respectivement connectées aux trois phases du système triphasé.
[0069] Chaque module de puissance 300 comporte, pour chaque barre omnibus de phase 303, un premier composant électrique (ici un interrupteur de côté haut 112) connecté entre la barre omnibus positive 106 et la barre omnibus de phase 303 et un deuxième composant électrique (ici un interrupteur de côté bas 114), connecté entre la barre omnibus de phase 303 et la barre omnibus négative 108. Ainsi, les interrupteurs 112, 114 sont agencés de manière à former un bras de commutation, dans lequel la barre omnibus de phase 303 forme un point milieu.
[0070] Chaque interrupteur 112, 114 comporte des première et deuxième bornes principales 116, 118 et une borne de commande 120 destinée à sélectivement ouvrir et fermer l’interrupteur 112, 114 entre ses deux bornes principales 116, 118 en fonction d’un signal de commande qui lui est appliqué.
[0071] Il sera apprécié que la barre omnibus positive 106, la barre omnibus négative 108 et les barres omnibus de phase 303 sont de préférence planes, formées par exemple à partir d’un matériau électriquement conducteur, tel que du cuivre, et présentent de préférence une épaisseur comprise entre 0.3 mm et 1 ,5 mm, de préférence inférieure à 1 .2 mm.
[0072] Par ailleurs, dans l’exemple décrit, la barre omnibus positive 106 comporte tout d’abord une barre omnibus commune positive 106A reliant les modules de puissance 300 et, dans chaque module de puissance 300, une barre omnibus locale positive 106B connectée à la barre omnibus commune positive 106A. De manière similaire, la barre omnibus négative 108 comporte une barre omnibus commune négative 108A reliant les modules de puissance 300 et, dans chaque module de puissance 300, une barre omnibus locale négative 108B connectée à la barre omnibus commune négative 108A. Les connexions sont représentées sur la figure 1 par des losanges.
[0073] En outre, dans l’exemple décrit, la barre omnibus commune positive 106A et la barre omnibus commune négative 108A sont chacune formée d’une seule pièce conductrice. [0074] En outre, dans l’exemple décrit, la machine électrique 1300 est une machine électrique tournante ayant une fonction de moteur électrique destiné à entraîner des roues du véhicule automobile par l’intermédiaire de son axe de sortie. Ainsi, en fonctionnement comme alternateur, la machine électrique 1300 fournit de l’énergie électrique en direction de la source d’alimentation électrique 1020 à partir de la rotation de l’axe de sortie. Le convertisseur de tension 1004 fonctionne alors comme redresseur. En fonctionnement comme moteur électrique, la machine électrique entraîne l’arbre de sortie. Le convertisseur de tension 1004 fonctionne alors comme onduleur.
[0075] Les interrupteurs 112, 114 sont de préférence réalisés au moyen d’un ou plusieurs transistors 100 connectés en parallèle. Les transistors sont par exemple des transistors à effet de champ à structure métal-oxyde-semiconducteur (de l’anglais « Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » ou MOSFET) ) ou bien un transistor à effet de champ à grille métal- oxyde avec un substrat silicium (de l’anglais « Silicon Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » également désigné par l’acronyme Si MOSFET) ou bien un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde avec un substrat au carbure de silicium (de l’anglais « Silicon Carbide Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » également désigné par l’acronyme SiC MOSFET) présentant une grille formant la borne de commande 120, et un drain et une source formant respectivement les bornes principales 116, 118. Alternativement, les interrupteurs 112, 114 pourraient être des transistors bipolaires à grille isolée (de l’anglais « Insulated Gate Bipolar Transistor » ou IGBT) ou des transistors à effet de champ en nitrure de gallium (de l’anglais « Field Effect Transistors »).
[0076] En référence à la figure 2 et à la figure 3, un exemple de transistor à semi- conducteur 100 va à présent être décrit.
[0077] Le transistor 100 est dans l’exemple décrit un MOSFETqui comprend des première et deuxième électrodes principales pour respectivement l’entrée et la sortie de courant de puissance. Lorsque plusieurs transistor 100 sont connectés en parallèles, toutes les premières électrodes principales sont connectées ensemble de même que toutes les deuxièmes électrodes principales. Les premières électrodes principales forment la première borne principale de l’interrupteur 112, 114 et les deuxièmes électrodes principales forment la deuxième borne principale de l’interrupteur 112, 114.
[0078] Le transistor 100 comprend en outre une électrode de commande correspondant à la borne de commande de l’interrupteur 112,114. L’électrode de commande est par exemple référencée par rapport à la deuxième électrode principale de sortie de courant de puissance. L’électrode de commande est conçue pour définir l’état du transistor 100, en particulier ouvert pour laisser le courant de puissance passer entre les électrodes principales, ou bien fermé pour empêcher le courant de puissance de passer entre les électrodes principales.
[0079] Dans le cas d’un MOSFET et d’un GaN FET, les première et deuxième électrodes principales sont appelées respectivement drain et source, tandis que l’électrode de commande est appelée grille.
[0080] Dans le cas d’un IGBT, les première et deuxième électrodes principales sont appelées respectivement collecteur et émetteur, tandis que l’électrode de commande est appelée grille.
[0081] Le transistor 100 peut en outre comprendre une électrode auxiliaire, appelée source Kelvin, connectée à la deuxième électrode pour être au même potentiel. Cette électrode auxiliaire peut ainsi être utilisée à la place de la deuxième électrode principale par exemple pour commander au plus près le transistor 100. Dans certains modes de réalisation, la deuxième électrode principale et l’électrode auxiliaire peuvent être formées par une seule électrode sur le transistor 100.
[0082] Par la suite, les transistors décrits sont supposés être des MOSFET, et la terminologie correspondante pour les électrodes sera utilisée. Elle sera aisément adaptée par la personne du métier aux autres types d’interrupteurs.
[0083] En référence à la figure 2, le transistor 100 est un composant plat présentant une face supérieure 102 munie de la source S, de la source Kelvin SK et de la grille G.
[0084] En référence à la figure 3, le transistor 100 présente une face inférieure 202 munie du drain D (qui recouvre l’ensemble de la face inférieure 202 dans l’exemple illustré).
[0085] En référence aux figures 4 et 5 est illustré un module de puissance selon un premier mode de réalisation de l’invention. Le module de puissance 300 est de préférence configuré pour être fixé sur un dissipateur de chaleur (non représenté).
[0086] Comme décrit précédemment en lien avec la figure 1 , le module de puissance comprend un premier connecteur électrique ou barre omnibus locale positive 106B, un deuxième connecteur électrique ou barre omnibus locale négative 108B et un troisième connecteur électrique ou barre omnibus de phase 303.
[0087] Dans l’exemple décrit ici, le troisième connecteur électrique 303 et le premier conducteur électrique 106B sont obtenu par découpe d’une même plaque métallique et le deuxième connecteur électrique 108B se présente également sous la forme d’une plaque métallique plane.
[0088] Le module de puissance 300 comprend également un isolant électrique 304. L’isolant électrique 304 est par exemple formé à partir d’une céramique avec une forte rigidité diélectrique (de l’anglais « dielectric strength ») supérieure à 8kV/mm, de préférence supérieure à 15kV/mm, de façon à avoir une céramique la plus fine possible. La céramique peut être de façon optionnelle métallisée sur ses deux faces. Dans ce dernier cas, la céramique peut être brasée avec un alliage d'étain ou frittée avec une pâte d'argent sur le premier connecteur électrique 106B et sur le deuxième connecteur électrique 108B. En variante, l’isolant électrique 304 peut également être formé d’au moins une feuille métallique, par exemple en cuivre ou en aluminium, placée entre deux feuilles de diélectrique par exemple en résine, lesdites feuilles étant laminée pour former l’isolant électrique 304 qui est ensuite fixé au premier et au deuxième connecteur électrique par exemple par thermo-pressage. Dans encore une autre variante, les feuilles de diélectrique peuvent être remplacée par une couche polymère thermodurcissable. L’isolant électrique peut également être une résine, par exemple une résine époxy comprenant par exemple de la silice.
[0089] L’isolant électrique 304 recouvre directement une portion de la face supérieure du premier connecteur électrique 106B. En outre, une portion de la face inférieure du deuxième connecteur électrique 108B directement en regard de la portion de la face supérieure du premier connecteur électrique 106B recouvre directement l’isolant 304. En d’autres termes, la portion de la face supérieure du premier connecteur électrique 106B et la portion de la face inférieure du deuxième connecteur électrique sont isolées par l’isolant électrique 304.
[0090] En outre, dans l’exemple décrit ici, l’isolant électrique 304 est fixé à la portion de la face supérieure du premier connecteur électrique 106B et à la portion de la face inférieure du deuxième connecteur électrique 108B.
[0091] Le module de puissance 300 comprend en outre des interrupteurs commandables à semi-conducteur HS, LS qui sont dans l’exemple décrit des MOSFETssimilaire à celui décrit en référence à la figure 2 et à la figure 3. Parmi les interrupteurs commandables HS, LS : des interrupteurs de côté haut HS sont disposés en parallèles pour réaliser l’interrupteur 112. En d’autres termes, pour ces interrupteurs de côté haut HS, les premières électrodes principales D sont connectées entre elles et les deuxièmes électrodes principales sont également connectées entre elles. En outre, la face inférieure 202 de ces interrupteurs de côté haut est fixée contre le premier connecteur électrique 106B, pour connecter électriquement leur première électrode principale D au premier connecteur électrique 106B. ; des interrupteurs de côté bas LS sont disposés en parallèles pour réaliser l’interrupteur 114. En d’autres termes, pour ces interrupteurs de côté bas LS, les premières électrodes principales D sont connectées entre elles et les deuxièmes électrodes principales sont également connectées entre elles, avec leur face inférieure 202 fixée contre le troisième connecteur électrique 303, pour connecter électriquement leur première électrode principale D au troisième connecteur électrique 303.
[0092] Le module de puissance 300 comprend en outre une pluralité de barrettes conductrices électriques de côté haut 306 fixée contre les faces supérieures 102 des interrupteurs de côté haut HS pour être connectées électriquement aux deuxièmes électrodes principales S des interrupteurs de côté haut HS, chaque barrette de côté haut 306 de la pluralité de barrette de côté haut 306 comprenant une patte 315 fixée contre la face supérieure du troisième connecteur électrique 303 pour connecter électriquement la barrette conductrice de côté haut 306 au troisième connecteur électrique 303.
[0093] Les barrettes conductrices électriques de côté haut 306 sont par exemple formées à partir de bandes de cuivre ou de ruban d’aluminium. Chacune de ces bandes de cuivre ou d’aluminium est connectée électriquement au troisième connecteur électrique 303 et au moins à une deuxième électrode d’un interrupteur de côté haut par frittage au moyen d’une pâte d’argent ou par brasage au moyen d’un alliage d’étain ayant une fiabilité élevée par rapport à des tests de cyclage en puissance. Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, les barrettes de côté haut 306 connectent au moins deux faces supérieures 102 de respectivement deux interrupteurs de côté haut HS ce qui permet d’optimiser l’encombrement spatial du module de puissance.
[0094] Le module de puissance 300 comprend en outre une pluralité de barrettes conductrices électriques de côté bas 307 fixées contre les faces supérieures 102 des interrupteurs de côté bas LS pour être connectées électriquement aux deuxièmes électrodes principales S des interrupteurs de côté bas 307, chaque barrette de côté bas 307 de la pluralité de barrettes conductrices électriques de côté bas 307 comprenant une patte 308 fixée contre la face supérieure du deuxième connecteur 108B pour connecter électriquement la barrette conductrice de côté bas 307 au deuxième connecteur 108B.
[0095] Les barrettes conductrices électriques de côté bas 307 sont par exemple formées à partir de bandes de cuivre ou de ruban d’aluminium. Chacune de ces bandes de cuivre ou d’aluminium est connectée électriquement au deuxième connecteur électrique 108B et au moins à une deuxième électrode d’un interrupteur de côté bas par frittage au moyen d’une pâte d’argent ou par brasage au moyen d’un alliage d’étain ayant une fiabilité élevée par rapport à des tests de cyclage en puissance. Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, les barrettes de côté bas 307 connectent au moins deux faces supérieures 102 de respectivement deux interrupteurs de côté bas HS ce qui permet d’optimiser l’encombrement spatial du module de puissance.
[0096] Le deuxième connecteur électrique 108B comprend au moins une partie 305, dans l’exemple décrit deux, s’étendant spatialement entre deux interrupteurs de côté haut HS.
[0097] Dans l’exemple décrit ici les interrupteurs de côté haut HS sont répartis en quatre alignements d’interrupteurs parallèles l’un à l’autre, chacune des partie 305 du deuxième connecteur électrique 108B s’étendant horizontalement entre deux de ces alignements d’interrupteurs.
[0098] En outre la face inférieure de chacune des parties 305 du deuxième connecteur électrique 108B est comprise dans la portion de la face inférieure du deuxième connecteur électrique 108B directement en regard et isolée par l’isolant 304 de la portion de la face supérieure du premier connecteur électrique 106B.
[0099] Les pattes 308 des barrettes conductrices électriques de côté bas 307 sont alors fixées sur le deuxième connecteur électrique 108B sur des extrémités de ces parties 305.
[00100] En particulier, au moins une patte 308 d’une barrette conductrice électrique de côté bas 307 est fixée contre la face supérieure de la partie 305 du deuxième connecteur électrique 108B, cette barrette conductrice de côté bas 307 étant disposée entre deux barrettes de côté haut 306. Ainsi, des courants électriques circulent localement dans ces deux barrettes conductrices de côte haut 306 dans des directions opposées au courant électrique circulant au sein de la barrette conductrice de côté bas 307, ce qui favorise la réduction des inductances parasites.
[00101] De préférence, le deuxième connecteur électrique 108B présente une forme générale sensiblement symétrique par rapport à un axe de symétrie A. En outre, lorsque ce deuxième connecteur électrique 108B est plan, l’axe de symétrie est dans ce plan.
[00102] Le premier connecteur électrique 106B, le deuxième connecteur électrique 108B et l’isolant 304 comprennent des trous 309 débouchants. Les trous 309 du premier connecteur électrique sont coaxiaux avec les trous 309 de l’isolant 304. Les trous 309 du deuxième connecteur électrique sont coaxiaux avec les trous 309 de l’isolant électrique 304.
[00103] Dans le mode de réalisation présenté ici, l’intérieur et de façon optionnelle les bords des trous débouchants 309 du premier et du deuxième connecteurs électriques sont recouverts d’un isolant électrique. En variante, le diamètre des trous 309 des premier et deuxième connecteurs électriques est supérieur au diamètre des trous 309 de l’isolant électrique 304. Ainsi, quelle que soit la variante choisie, Il n’y a pas de contact électrique entre le premier et le deuxième connecteur électrique au niveau des trous débouchant.
[00104] Le module de puissance 300 comprend un surmoulage isolant électrique (non représenté) surmoulant ensemble une partie des connecteurs électriques 106B, 108B, 303 et de l’isolant électrique 304. En variante, l’isolant électrique 304 peut être formé par une partie du surmoulage isolant électrique.
[00105] Le surmoulage remplit les perçages 309 du premier connecteur électrique 106B, les perçages 309 de l’isolant électrique 304, et les perçages 309 du deuxième connecteur électrique 108B. Ainsi, grâce au trou débouchant 309, l’adhérence du premier connecteur électrique et du deuxième connecteur électrique au surmoulage isolant électrique est renforcé.
[00106] Le surmoulage est par exemple formé à partir d’un matériau thermodurcissable, par exemple à partir de résine époxy contenant des éléments, de préférence sphériques, de silice représentant par exemple en masse entre 80 et 90% de l’ensemble époxy/silice.
[00107] Pour commander les interrupteurs de côté haut HS, le module de puissance 300 comporte en outre une piste de commande de côté haut PGHS et une piste d’électrode auxiliaire de côté haut dite piste de source Kelvin de côté haut PSKHS, portées par un substrat 310 isolant électrique dont une première face est fixée contre la face supérieure du deuxième connecteur électrique et dont une deuxième face, opposée à la première face porte les deux pistes de côté haut PGHS, PSKHS- Les deux pistes de côté haut PGHS, PSKHS sont par exemple brasées (par exemple par brasage au métal actif (de l’anglais « Active Metal Brazing », également désigné par le sigle AMB) ou bien frittées, ou bien collées, ou bien fixées par un processus d’oxydation à haute température sur ladite face supérieure du substrat isolant électrique 310. La piste de commande de côté haut PGHS est connectée aux électrodes de commandes G des interrupteurs de côté haut HS, de préférence par au moins un conducteur électrique souple tel qu’un fil. En outre, les sources Kelvin des interrupteurs de côté haut HS sont connectées à la piste de source Kelvin de côté haut PSKHS par au moins un conducteur électrique souple tel qu’un fil. [00108] En variante, des composants discrets tel que des résistances peuvent être rapportés sur la deuxième face du substrat 310 pour améliorer le pilotage des interrupteurs de côté haut HS. Par exemple, pour chaque interrupteur de côté haut, une résistance de grille peut être connectée électriquement par une de ses bornes à la piste de commande de côté haut et par l’autre de ses bornes à une piste de grille portée par la deuxième face du substrat 310, ladite piste de grille étant connectée à l’électrode de commandes G de l’interrupteur de côté haut HS, de préférence par au moins un conducteur électrique souple tel qu’un fil. De même, une résistance peut être intercalée de façon similaire entre la piste de source Kelvin de côté haut PSKHS et la source Kelvin de chaque interrupteur de côté haut HS.
[00109] La piste de commande de côté haut PGHS comprend une broche de commande BGHS et la piste de source Kelvin PSKHS comprend une broche de commande auxiliaire de côté haut BSKHS- Les broches de côté haut BGHS, BSKHS sont par exemple brasées ou frittées sur respectivement les pistes de côté haut PGHS, PSKHS et s’étendent orthogonalement à la face supérieure du deuxième connecteur électrique 108B. Les interrupteurs de côté haut HS peuvent donc être commandés en appliquant une tension entre les pistes PGHS, PSKHS-
[00110] Pour commander les interrupteurs de côté bas LS, le module de puissance 300 comporte en outre une piste de commande de côté bas PGLS et une piste d’électrode auxiliaire de côté bas dite piste de source Kelvin de côté bas PSKLS, portées par un substrat isolant 311 électrique dont une première face est fixée contre la face supérieure du troisième connecteur électrique et dont une deuxième face, opposée à la première face porte les deux pistes de côté bas PGLS, PSKLS- Les deux pistes de côté bas PGLS, PSKLS sont par exemple brasées (par exemple par brasage au métal actif (de l’anglais « Active Metal Brazing », également désigné par le sigle AMB) ou bien frittées, ou bien collées, ou bien fixées par un processus d’oxydation à haute température sur ladite face supérieure du substrat isolant électrique 311. La piste de commande de côté bas PGLS est connectée aux électrodes de commandes G des interrupteurs de côté bas LS, de préférence par au moins un conducteur électrique souple tel qu’un fil. En outre, les sources Kelvin des interrupteurs de côté bas LS sont connectées à la piste de source Kelvin de côté bas PSKLS par au moins un conducteur électrique souple tel qu’un fil.
[00111] En variante, des composants discrets tel que des résistances peuvent être rapportés sur la deuxième face du substrat 311 pour améliorer le pilotage des interrupteurs de côté bas LS. Par exemple, pour chaque interrupteur de côté bas, une résistance de grille peut être connectée électriquement par une de ses bornes à la piste de commande de côté bas et par l’autre de ses bornes à une piste de grille portée par la deuxième face du substrat 311 , ladite piste de grille étant connectée à l’électrode de commandes G de l’interrupteur de côté bas LS, de préférence par au moins un conducteur électrique souple tel qu’un fil. De même, une résistance peut être intercalée de façon similaire entre la piste de source Kelvin de côté bas PSKLS et la source Kelvin de chaque interrupteur de côté bas LS.
[00112] La piste de commande de côté bas PGLS comprend une broche de commande BGLS et la piste de source Kelvin PSKLS comprend une broche de commande auxiliaire de côté bas BSKLS- Les broches de côté bas BGLS, BSKLS sont par exemple brasées ou frittées sur respectivement les pistes de côté haut PGLS, PSKLS et s’étendent orthogonalement à la face supérieure du troisième connecteur électrique 303. Les interrupteurs de côté bas LS peuvent donc être commandés en appliquant une tension entre les pistes PGLS, PSKLS-
[00113] En référence à la figure 6, nous allons maintenant décrire un procédé de réalisation d’un module de puissance 300 selon l’invention.
[00114] Un tel procédé comprend tout d’abord une étape E50 d’obtention d’une plaque conductrice, de préférence en métal, s’étendant selon un plan principal.
[00115] Puis le procédé comprend une étape E100 de découpe, dans la plaque conductrice d’une part, d’une pièce de cadre, d’un premier connecteur électrique 106B configuré pour être connecté à une borne positive d’une alimentation électrique et d’un troisième connecteur électrique 303 configuré pour être connecté à une phase d’une machine électrique et, d’autre part, de pattes d’attache de chaque connecteur électrique avec au moins la pièce de cadre.
[00116] Puis le procédé comprend une étape E200 d’obtention d’une pluralité d’interrupteurs commandables à semi-conducteur de côté haut HS présentent chacun une face inférieure 202 munie d’une première électrode principale D et une face supérieure 102 munie d’une deuxième électrode principale S et d’une électrode de commande G.
[00117] Puis le procédé comprend une étape E300 de montage sur une face supérieure du premier connecteur électrique 106B de la pluralité d’interrupteurs commandables à semi- conducteurs de côté haut HS de façon à connecter électriquement au premier connecteur électrique 106B la première électrode principe de chaque interrupteur de ladite pluralité;
[00118] Puis le procédé comprend une étape E400 d’obtention d’une pluralité d’interrupteurs commandables à semi-conducteur de côté bas présentent chacun une face inférieure 202 munie d’une première électrode principale et une face supérieure 102 munie d’une deuxième électrode principale S et d’une électrode de commande G ;
[00119] Puis le procédé comprend une étape E500 de montage sur une face supérieure du troisième connecteur électrique 303 de la pluralité d’interrupteurs commandables à semi- conducteurs de côté bas LS de façon à connecter électriquement au troisième connecteur électrique 303 la première électrode principe de chaque interrupteur de ladite pluralité;
[00120] Puis le procédé comprend une étape E600 de positionnement et/ou la fixation d’un isolant électrique 304 sur une portion de la face supérieure du premier connecteur électrique 106B ;
[00121] Puis le procédé comprend une étape E700 d’obtention d’un deuxième connecteur électrique en métal configuré pour être connecté à une borne négative de l’alimentation électrique et configuré pour qu’au moins une partie du deuxième connecteur électrique s’étende horizontalement entre deux interrupteur de côté haut lorsqu’une portion de la face inférieure du deuxième connecteur électrique est positionnée et/ou fixée directement en regard d’une portion de la face supérieure du premier conducteur électrique.
[00122] Puis le procédé comprend une étape E800 de positionnement et/ou de fixation directement en regard de la portion de la face supérieure du premier connecteur électrique 106B de la portion de la face inférieure du deuxième connecteur électrique 108B de sorte que l’isolant électrique 304 isole électriquement la première portion de la face supérieure du premier connecteur électrique 106B et la deuxième portion de la face inférieure du deuxième connecteur électrique 108B.
[00123] Puis le procédé comprend une étape E900 d’obtention d’une pluralité de barrettes conductrices électriques de côté haut 306.
[00124] Puis le procédé comprend une étape E1000 de connexion de chaque deuxième électrode principale de chaque interrupteur de côté haut à une barrette conductrice de côté haut et de fixation d’une patte 315 de chaque barrette de côté haut de la pluralité de barrettes de côté haut 306 contre une face supérieure du troisième connecteur électrique 303 pour connecter électriquement la barrette conductrice de côté haut 306 au troisième connecteur électrique 303;
[00125] Puis le procédé comprend une étape E1100 d’obtention d’une pluralité de barrettes conductrices électriques de côté bas 307 ;
[00126] Puis le procédé comprend une étape E1200 de connexion de chaque deuxième électrode principale de chaque interrupteur de côté bas à une barrette conductrice de côté bas et de fixation d’une patte 308 de chaque barrette de côté bas de la pluralité de barrettes de côté bas 307 contre une face supérieure du deuxième connecteur électrique 108B pour connecter électriquement la barrette conductrice de côté bas 307 au deuxième connecteur électrique 108B.
[00127] Puis le procédé comprend une étape E1300 d’obtention d’un substrat 310 isolant électrique portant sur une première face une piste de commande de côté haut PGHS et une piste d’électrode auxiliaire de côté haut dite piste de source Kelvin de côté haut PSKHS-
[00128] Puis le procédé comprend une étape E1400 de positionnement et/ou de fixation d’une deuxième face, opposée à la première face, du substrat 310 isolant électrique contre la face supérieure du deuxième connecteur électrique.
[00129] Puis le procédé comprend une étape E1500 de connexion de la piste de commande de côté haut PGHS aux électrodes de commandes G des transistors de côté haut.
[00130] Puis le procédé comprend une étape E1600 de connexion de la piste de source Kelvin de côté haut PSKHS aux sources Kelvin des interrupteurs de côté haut HS.
[00131] Puis le procédé comprend une étape E1700 d’obtention d’un substrat 311 isolant électrique portant sur une première face une piste de commande de côté bas PGLS et une piste d’électrode auxiliaire de côté bas dite piste de source Kelvin de côté bas PSKLS-
[00132] Puis le procédé comprend une étape E1800 de positionnement et/ou de fixation d’une deuxième face, opposée à la première face, du substrat 311 isolant électrique contre la face supérieure du troisième connecteur électrique.
[00133] Puis le procédé comprend une étape E1900 de connexion de la piste de commande de côté bas PGLS aux électrodes de commandes G des transistors de côté bas LS.
[00134] Puis le procédé comprend une étape E2000 de connexion de la piste de source Kelvin de côté bas PSKLS aux sources Kelvin des interrupteurs de côté bas LS.
[00135] Puis le procédé comprend une étape E2100 de surmoulage du premier connecteur électrique 106B, du deuxième connecteur électrique 108B, du troisième connecteur électrique 303, de la pluralité d’interrupteurs commandables à semi-conducteurs de côté haut HS, de la pluralité de barrettes conductrices électriques de côté haut, de la pluralité d’interrupteurs commandables à semi-conducteurs de côté bas LS, de la pluralité de barrettes conductrices électriques de côté bas, des substrats isolant électrique 310, 311 et des pistes portée par ces substrats par un surmoulage isolant électrique. [00136] Puis le procédé comprend une étape E2200 de coupe des pattes d’attache pour séparer le premier connecteur électrique 106B et le troisième connecteur électrique 303 de la pièce de cadre.
[00137] On notera par ailleurs que l’invention n’est pas limitée au mode de réalisation décrit précédemment. Il apparaîtra en effet à l’homme de l’art que diverses modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit ci-dessus, à la lumière de l’enseignement qui vient de lui être divulgué.
[00138] Par exemple, les interrupteurs commandables à semi-conducteur de côté haut HS peuvent présenter chacun en variante une première électrode principale D localisée sur la face supérieure 102 et non pas sur la face inférieure 202, cette première électrode principale D étant par exemple connectée par une languette métallique au premier connecteur électrique 106B. Une telle configuration est aussi envisageable pour les interrupteurs commandable à semi- conducteur de côté bas LS.
[00139] Selon un autre exemple, l’invention a été présenté dans le cadre d’un convertisseur DC-AC réversible mais elle s’applique également à un onduleur, un chargeur embarqué ou un convertisseur DC-DC comprenant un module de puissance selon l’invention.
[00140] Dans la présentation détaillée de l’invention qui est faite précédemment, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant l’invention au mode de réalisation exposé 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 oeuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.

Claims

REVENDICATIONS
1. Module de puissance (300) comprenant : un premier connecteur électrique (106B) en métal, destiné à être connecté à une borne positive d’une alimentation électrique, par exemple continue ; un deuxième connecteur électrique (108B) en métal, destiné à être connecté à une borne négative de ladite alimentation électrique ; un isolant électrique (304) ; des interrupteurs commandables à semi-conducteur de côté haut (HS) montés sur une face supérieure du premier connecteur électrique (106B), lesdits interrupteurs commandables à semi-conducteur de côté haut étant munis d’une première électrode principale, d’une deuxième électrode principale et d’une électrode de commande ; le module de puissance étant caractérisé en ce qu’une portion d’une face supérieure du premier connecteur électrique (106B) et une portion de la face inférieure du deuxième connecteur électrique (108B), directement en regard de la portion du premier connecteur électrique (106B), sont isolées par ledit isolant électrique, et en ce qu’au moins une partie (305) du deuxième connecteur électrique (108B) s’étend horizontalement entre deux interrupteurs de côté haut (HS).
2. Module de puissance (300) selon la revendication précédente caractérisé en ce que les interrupteurs commandables à semi-conducteur de côté haut (HS) présentent chacun une face inférieure (202) munie de ladite première électrode principale (D), ladite première électrode principale étant connectée électriquement au premier connecteur électrique (106B) et une face supérieure (102) munie de la deuxième électrode principale (S) et de ladite électrode de commande (G) et en ce qu’il comprend en outre : un troisième connecteur électrique (303) en métal, destiné à être connecté à une phase d’une machine électrique ; des interrupteurs commandables à semi-conducteur de côté bas (LS) présentant chacun une face inférieure (202) munie d’une première électrode principale (D) connectée au troisième connecteur électrique (303) et une face supérieure (102) munie d’une deuxième électrode principale (S) et d’une électrode de commande (G) ; une pluralité de barrettes conductrices électriques de côté haut (306), chaque deuxième électrode principale de chaque interrupteur de côté haut étant connectée électriquement à une barrette conductrice de côté haut, chaque barrette de côté haut (306) de la pluralité de barrettes de côté haut (306) comprenant une patte (315) fixée contre une face supérieure du troisième connecteur électrique (303) pour connecter électriquement la barrette conductrice de côté haut (306) au troisième connecteur électrique (303) ; une pluralité de barrettes conductrices électriques de côté bas (307), chaque deuxième électrode principale de chaque interrupteur de côté bas étant connectée électriquement à une barrette conductrice de côté bas, chaque barrette de côté bas (307) de la pluralité de barrettes de côté bas (307) comprenant une patte (308) fixée contre une face supérieure du deuxième connecteur électrique (108B) pour connecter électriquement la barrette conductrice de côté bas (307) au deuxième connecteur électrique (108B).
3. Module de puissance (300) selon la revendication précédente caractérisé en ce qu’au moins une patte (308) fixée contre une face supérieure du deuxième connecteur électrique d’une barrette conductrice électrique de côté bas est fixée contre la face supérieure de ladite partie (305) du deuxième connecteur électrique (108B), ladite barrette conductrice de côté bas étant disposée entre deux barrettes de côté haut.
4. Module de puissance (300) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un substrat isolant électrique (310) dont une première face est positionnée contre la face supérieure du deuxième connecteur électrique (108B) et dont une deuxième face, opposée à la première face, porte une piste de commande de côté haut (PGHS), ladite piste de commande de côté haut (PGHS) étant connectée aux électrodes de commande (G) des interrupteurs de côté haut (HS), de préférence par au moins un conducteur électrique souple tel qu’un fil.
5. Module de puissance (300) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la piste de commande de côté haut (PGHS) s’étend au moins partiellement le long de ladite partie (305) du deuxième connecteur électrique (108B).
6. Module de puissance (300) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins certains des interrupteurs de côté haut (HS) sont répartis en deux alignements d’interrupteurs parallèles l’un à l’autre, ladite partie (305) du deuxième connecteur électrique (108B) s’étendant horizontalement entre lesdits deux alignements d’interrupteurs.
7. Module de puissance (300) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième connecteur électrique (108B) présente une forme générale sensiblement symétrique par rapport à un axe de symétrie (A).
8. Module de puissance (300) l’une quelconque des revendications précédentes, prise ensemble avec la revendication 2 caractérisé en ce que le premier connecteur électrique (106B), le deuxième connecteur électrique (108B) et le troisième connecteur électrique (303) sont au moins partiellement surmoulés par un surmoulage isolant électrique.
9. Module de puissance (300) selon l’une quelconque des revendications 4 à 5, caractérisé en ce que le premier connecteur électrique (106B), l’isolant électrique (304) et le deuxième connecteur électrique (108B) comprennent des trous (309) débouchants coaxiaux, l’intérieur et de préférence les bords des trous débouchants (309) du premier et du deuxième connecteurs (106B, 108B) électriques étant recouvert d’un isolant électrique.
10. Module de puissance (300) selon l’une quelconque des revendications 4 à 5, caractérisé en ce que le premier connecteur électrique (106B), l’isolant électrique (304) et le deuxième connecteur électrique (108B) comprennent des trous (309) débouchants coaxiaux, un diamètre des trous (309) des premier et deuxième connecteurs (106B, 108B) électriques étant supérieur à un diamètre des trous (309) de l’isolant électrique (304).
11. Module de puissance (300) selon la revendication 9 ou 10 prise ensemble avec la revendication 8, caractérisé en ce qu’une portion du surmoulage isolant électrique remplit les trous (309) du premier connecteur électrique (106B), les trous (309) de l’isolant électrique (304), et les trous (309) du deuxième connecteur électrique (108B).
12. Équipement électrique tel qu’un onduleur, un chargeur embarqué ou un convertisseur DC-DC ou DC-AC, caractérisé en ce qu’il comprend un module de puissance (300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 .
13. Engin de mobilité comprenant un équipement électrique selon la revendication 12.
14. Procédé de réalisation d’un module de puissance (300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 , le procédé comprenant : l’obtention d’un premier connecteur électrique (106B) configuré pour être connecté à une borne positive d’une alimentation électrique ; l’obtention d’une pluralité d’interrupteurs commandables à semi-conducteur de côté haut (HS), lesdits interrupteurs commandables à semi-conducteur de côté haut étant munis d’une première électrode principale, d’une deuxième électrode principale et d’une électrode de commande ; une opération de montage sur une face supérieure du premier connecteur électrique (106B) de la pluralité d’interrupteurs commandables à semi-conducteurs de côté haut (HS) ; le positionnement d’un isolant électrique (304) sur une face supérieure du premier connecteur électrique (106B) ; l’obtention d’un deuxième connecteur électrique (108B) en métal configuré pour être connecté à une borne négative de ladite alimentation électrique et configuré pour qu’au moins une partie du deuxième connecteur électrique (108B) s’étende horizontalement entre deux interrupteur de côté haut lorsqu’une portion de la face inférieure du deuxième connecteur électrique (108B) est positionnée directement en regard d’une portion de la face supérieure du premier conducteur électrique (106B); le positionnement directement en regard de ladite portion de la face supérieure du premier connecteur électrique (106B) de ladite portion de la face inférieure du deuxième connecteur électrique (108B) de sorte que l’isolant électrique (304) isole électriquement la première portion de la face supérieure du premier connecteur électrique (106B) et la deuxième portion de la face inférieure du deuxième connecteur électrique (108B).
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WO2020212031A1 (fr) * 2019-04-18 2020-10-22 Abb Power Grids Switzerland Ag Module semi-conducteur de puissance avec grille de connexion soudée par laser
US20220199566A1 (en) * 2019-03-05 2022-06-23 Rohm Co., Ltd. Semiconductor device and bonding method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220199566A1 (en) * 2019-03-05 2022-06-23 Rohm Co., Ltd. Semiconductor device and bonding method
WO2020212031A1 (fr) * 2019-04-18 2020-10-22 Abb Power Grids Switzerland Ag Module semi-conducteur de puissance avec grille de connexion soudée par laser

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