FR3137526A1 - Module de puissance - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un module de puissance (300) qui comporte : une piste positive (P+), une piste de phase (PP) et une piste négative (P-) ; des interrupteurs de côté haut (HS) alignés et des interrupteurs de côté bas (LS) alignés. La piste négative (P-) s’étend entre la piste positive (P+) et la piste de phase (PP) et le module de puissance (300) comporte une barrette conductrice électrique de côté haut (304) sur les interrupteurs de côté haut (HS) et comportant plusieurs pattes (306) plaquées contre la piste de phase (PP), et une barrette conductrice électrique de côté bas (310) sur les interrupteurs de côté bas (LS) et comportant plusieurs pattes (312) plaquées contre la piste négative (P-), les pattes (306, 312) des deux barrettes (304, 310) sont intercalées de manière à alterner, parallèlement aux alignements d’interrupteurs (HS, LS), entre pattes (306) de la barrette de côté haut (304) et pattes (312) de la barrette de côté bas (310). Figure pour l’abrégé : Fig. 3

Description

MODULE DE PUISSANCE Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne un module de puissance. Il peut en particulier être utilisé dans un engin de mobilité par exemple en tant que bras de commutation d’un onduleur ou d’un redresseur, ou bien encore d’un chargeur embarqué (de l’anglais « On Board Charger » également désigné par le sigle OBC) ou bien même d’un convertisseur DC-DC. L’onduleur et/ou le redresseur sont par exemple associés à une machine électrique.
 Arrière-plan technologique
On connait de l’état de la technique un module de puissance comportant :
  • un substrat isolant électrique plat ;
  • portées par une face supérieure du substrat : une piste positive, une piste de phase et une piste négative ;
  • des interrupteurs commandables à semi-conducteur présentant chacun une face inférieure munie d’une première électrode principale et une face supérieure munie d’une deuxième électrode principale et d’une électrode de commande, parmi lesquels :
    • des interrupteurs de côté haut avec leur face inférieure plaquée contre la piste positive pour connecter électriquement leur première électrode principale à la piste positive, avec leur deuxième électrode principale connectée électriquement à la piste de phase, les interrupteurs de côté haut étant alignés pour former un premier alignement d’interrupteurs, et
    • des interrupteurs de côté bas avec leur face inférieure plaquée contre la piste de phase pour connecter électriquement leur première électrode principale à la piste de phase, avec leur deuxième électrode principale connectée électriquement à la piste négative, les interrupteurs de côté bas étant alignés pour former un deuxième alignement d’interrupteurs, parallèle au premier alignement d’interrupteurs.
Un problème des alignements d’interrupteurs est souvent que le courant passant par les interrupteurs n’est pas identique d’un interrupteur à l’autre mais dépend de sa position dans l’alignement.
Il peut ainsi être souhaité de prévoir un module de puissance qui permette de s’affranchir d’au moins une partie des problèmes et contraintes précités.
Il est donc proposé, selon un premier aspect de l’invention, un module de puissance :
  • un substrat isolant électrique plat ;
  • portées par une face supérieure du substrat : une piste positive, une piste de phase et une piste négative ;
  • des interrupteurs commandables à semi-conducteur présentant chacun une face inférieure munie d’une première électrode principale et une face supérieure munie d’une deuxième électrode principale et d’une électrode de commande, parmi lesquels :
    • des interrupteurs de côté haut avec leur face inférieure plaquée contre la piste positive pour connecter électriquement leur première électrode principale à la piste positive, avec leur deuxième électrode principale connectée électriquement à la piste de phase, les interrupteurs de côté haut étant alignés pour former un premier alignement d’interrupteurs, et
    • des interrupteurs de côté bas avec leur face inférieure plaquée contre la piste de phase pour connecter électriquement leur première électrode principale à la piste de phase, avec leur deuxième électrode principale connectée électriquement à la piste négative, les interrupteurs de côté bas étant alignés pour former un deuxième alignement d’interrupteurs, parallèle au premier alignement d’interrupteurs ;
caractérisé en ce que la piste négative s’étend entre la piste positive et la piste de phase de manière à s’étendre entre les deux alignements d’interrupteurs, en ce qu’il comporte une barrette conductrice électrique de côté haut plaquée contre les faces supérieures des interrupteurs de côté haut pour être connectée électriquement aux deuxièmes électrodes principales des interrupteurs de côté haut, la barrette de côté haut comportant plusieurs pattes plaquées contre la piste de phase pour connecter électriquement la barrette conductrice de côté haut à la piste de phase, et une barrette conductrice électrique de côté bas plaquée contre les faces supérieures des interrupteurs de côté bas pour être connectée électriquement aux deuxièmes électrodes principales des interrupteurs de côté bas, la barrette de côté bas comportant plusieurs pattes plaquées contre la piste négative pour connecter électriquement la barrette de côté bas à la piste négative, et en ce que les pattes des deux barrettes sont intercalées de manière à alterner, parallèlement aux alignements d’interrupteurs, entre pattes de la barrette de côté haut et pattes de la barrette de côté bas.
Grâce à l’invention, le courant est échangé entre la piste et les interrupteurs par plusieurs chemins respectivement formés par les pattes. Ainsi, l’acheminement du courant peut être mieux distribué entre les interrupteurs, que ce soient ceux de côté haut ou bien de côté bas.
L’invention peut en outre comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, selon toute combinaison techniquement possible.
De façon optionnelle, la barrette de côté haut comporte moins de pattes que d’interrupteurs de côté haut et/ou la barrette de côté bas comporte moins de pattes que d’interrupteurs de côté bas. Cela permet de réduire l’encombrement, d’améliorer l’équilibrage électrique et réduit le nombre de surfaces de contact ce qui simplifie la chaîne de cote et donc le processus d’assemblage.
De façon optionnelle également, la barrette de côté haut comporte au moins trois pattes et/ou la barrette de côté bas comporte au moins trois pattes.
De façon optionnelle également, les pattes de la barrette de côté haut et/ou les pattes de la barrette de côté bas s’étendent perpendiculairement aux alignements d’interrupteurs.
De façon optionnelle également, les deux barrettes ont la même forme et les mêmes dimensions, à l’exception de la longueur de leurs pattes respectives.
De façon optionnelle également, la barrette de côté haut comporte un nombre impair de pattes et présente un axe de symétrie axiale passant par la patte du milieu et/ou la barrette de côté bas comporte un nombre impair de pattes et présente un axe de symétrie axiale passant par la patte du milieu.
De façon optionnelle également, la barrette de côté haut comporte un nombre pair de pattes et présente un axe de symétrie axiale passant au milieu des deux pattes centrales et/ou la barrette de côté bas comporte un nombre pair de pattes et présente un axe de symétrie axiale passant au milieu des deux pattes centrales.
De façon optionnelle également, le module de puissance comporte en outre une piste de commande de côté haut portée par la face supérieure du substrat, la piste de commande de côté haut s’étendant le long des interrupteurs de côté haut, à l’opposé des interrupteurs de côté bas par rapport aux interrupteurs de côté haut, et étant connectée aux électrodes de commande des interrupteurs de côté haut, de préférence par au moins un conducteur électrique souple tel qu’un fil, et/ou le module de puissance comporte en outre une piste de commande de côté bas portée par la face supérieure du substrat, la piste de commande de côté bas s’étendant le long des interrupteurs de côté bas, à l’opposé des interrupteurs de côté haut par rapport aux interrupteurs de côté bas, et étant connectée aux électrodes de commande des interrupteurs de côté bas, de préférence par au moins un conducteur électrique souple tel qu’un fil.
De façon optionnelle également, le module de puissance comporte en outre une piste d’électrode auxiliaire de côté haut portée par la face supérieure du substrat, la piste d’électrode auxiliaire de côté haut s’étendant le long des interrupteurs de côté haut, à l’opposé des interrupteurs de côté bas par rapport aux interrupteurs de côté haut, et étant connectée à une électrode auxiliaire des interrupteurs de côté bas, de préférence par au moins un conducteur électrique souple tel qu’un fil, et/ou le module de puissance comportant en outre une piste d’électrode auxiliaire de côté bas portée par la face supérieure du substrat, la piste d’électrode auxiliaire de côté bas s’étendant le long des interrupteurs de côté bas, à l’opposé des interrupteurs de côté haut par rapport aux interrupteurs de côté bas, et étant connectée à des électrodes auxiliaires des interrupteurs de côté bas, de préférence par au moins un conducteur électrique souple tel qu’un fil.
De façon optionnelle, pour chaque interrupteur de côté haut ou de côté bas, l’électrode auxiliaire est au même potentiel électrique que la deuxième électrode principale.
De façon optionnelle également, les bornes positive et négative sont positionnées sur un premier bord du substrat, tandis que la borne de phase est positionnée sur un deuxième bord du substrat, à l’opposé du premier.
De façon optionnelle également, le module de puissance comporte en outre des broches de commande de côté haut et de côté bas respectivement rapportées sur les pistes de commande de côté haut et de côté bas et positionnées sur le deuxième bord du substrat.
De façon optionnelle également, le module de puissance comporte en outre des broches auxiliaire de commande de côté haut et de côté bas respectivement rapportées sur les pistes auxiliaires de commande de côté haut et de côté bas et positionnées sur le deuxième bord du substrat.
De façon optionnelle également, les bornes positive et négative sont au moins en partie superposées.
De façon optionnelle également, les pistes sont 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 la face supérieure du substrat.
De façon optionnelle également, les bornes et/ou les broches sont brasées ou frittée sur leur piste associée.
De façon optionnelle également, le module de puissance comporte un surmoulage recouvrant la piste positive, la piste de phase, la piste négative et les interrupteurs commandables à semi-conducteur.
De façon optionnelle également, le surmoulage recouvre la piste de commande de côté haut et/ou la piste de commande de côté bas.
De façon optionnelle également, le surmoulage recouvre la piste d’électrode auxiliaire de côté haut et/ou la piste d’électrode auxiliaire de côté bas.
De façon optionnelle également, le surmoulage recouvre la barrette conductrice électrique de côté haut et/ou la barrette conductrice électrique de côté bas.
De façon optionnelle également, le surmoulage est en résine.
De façon optionnelle également, la piste d’électrode auxiliaire de côté haut est une piste de source kelvin de côté haut et/ou la piste d’électrode auxiliaire de côté bas est une piste de source kelvin de côté bas.
Il est également proposé, selon un deuxième aspect de l’invention, un onduleur ou bien un redresseur ou bien un chargeur embarqué ou bien un convertisseur DC-DC comprenant un module de puissance selon le premier aspect de l’invention.
Il est également proposé, selon un troisième aspect de l’invention, un engin de mobilité comprenant un module de puissance selon le premier aspect de l’invention ou bien comprenant un onduleur ou bien un redresseur ou bien un chargeur embarqué ou bien un convertisseur DC-DC selon le deuxième aspect de l’invention.
Un engin de mobilité est par exemple un véhicule terrestre à moteur, un train, un aéronef ou bien un drone. Un véhicule terrestre à moteur est par exemple un véhicule automobile, une moto, un vélo motorisé ou bien un fauteuil roulant motorisé.
Brève description des figures
L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
  • la est une vue en trois dimensions, de dessus, d’un interrupteur commandable à semi-conducteur,
  • la est une vue en trois dimensions, de dessous, de l’interrupteur commandable à semi-conducteur de la , et
  • la est une vue de dessus d’un module de puissance utilisant plusieurs interrupteurs commandables à semi-conducteur comme celui de la et de la .
 Description détaillée de l’invention
En référence à la et à la , un exemple d’interrupteur commandable à semi-conducteur 100 va à présent être décrit.
L’interrupteur 100 est par exemple un interrupteur 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 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 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).
L’interrupteur 100 comporte des première et deuxième électrodes principales pour respectivement l’entrée et la sortie de courant de puissance. L’interrupteur 100 comporte en outre une électrode de commande. 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 de l’interrupteur 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.
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.
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.
L’interrupteur 100 peut en outre comporter une électrode auxiliaire 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 l’interrupteur 100. Cela permet d’augmenter la vitesse de commutation, qui serait sinon limitée par le fait que la deuxième électrode principale présente une inductance élevée. Dans certains modes de réalisation, la deuxième électrode principale et l’électrode auxiliaire peuvent être formées par une seule électrode sur l’interrupteurs 100.
Par la suite, les interrupteurs 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.
En référence à la , l’interrupteur 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.
En référence à la , l’interrupteur 100 présente une face inférieure 202 munie du drain D (qui recouvre l’ensemble de la face inférieure 202 dans l’exemple illustré).
En référence à la , un exemple de module de puissance 300 selon l’invention, va à présent être décrit. Ce module de puissance 300 peut être utilisé dans un engin de mobilité par exemple en tant que bras de commutation d’un onduleur ou d’un redresseur, ou bien d’un chargeur embarqué (de l’anglais « On Board Charger » également désigné par le sigle OBC) ou bien d’un convertisseur DC-DC. L’onduleur et/ou le redresseur peuvent par exemple être associés à une machine électrique.
Le module de puissance 300 comporte tout d’abord un substrat isolant électrique plat 302. Le substrat 302 est par exemple en céramique.
Dans la description qui va suivre, les éléments seront positionnés sur le substrat 302 par rapport à un repère X-Y comportant une direction verticale X et une direction transverse Y, le substrat 302 s’étendant dans le plan défini par ces deux directions X, Y.
Le module de puissance 300 comporte une piste positive P+ destinée à recevoir un potentiel haut d’une tension continue, une piste négative P- destinée à recevoir un potentiel bas de la tension continue, et une piste de phase PP, toutes portées par une face supérieure du substrat 302 et plus précisément s’étendant sur cette face supérieure. Les pistes P+, P-, PP 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 cette face supérieure. Une couche de cuivre pourrait en outre être prévu sur une face inférieure du substrat 302.
Les pistes P+, P-, PP s’étendent verticalement (entre un bord haut et un bord bas du substrat 302), avec la piste négative P- s’étendant entre les deux pistes P+, PP.
Le module de puissance 300 comporte en outre des bornes positive B+, négative B- et de phase P respectivement rapportées sur les pistes positive P+, négative P- et de phase PP, par exemple par brasage ou frittage. Par exemple, les bornes B+, B-, P se projettent au-delà du substrat 302 et présentent chacune un trou de vissage par exemple à une barre omnibus (de l’anglais « busbar ») respective. Alternativement, les bornes B+, B-, P pourraient être fixées à leurs barres omnibus respectives par soudure laser, ou bien par soudure électrique, ou bien par brasage électrique (de l’anglais « hardbrazing ») et éventuellement par ultrasons. Par exemple, les bornes B+ et B- se trouvent sur le bord haut du substrat 302, tandis que la borne de phase P se trouve sur le bord bas du substrat 302, à l’opposé du bord haut. Les bornes B+ et B- sont de préférence au moins en partie superposées, de manière à limiter les inductances parasites.
Le module de puissance 300 peut en outre comporter une broche positive Br+ rapportée sur la piste positive P+ pour mesurer un potentiel électrique de la piste positive P+. Le module de puissance 300 peut en outre comporter une broche de phase BrP rapportée sur la piste de phase PP pour mesurer un potentiel électrique de la piste de phase PP. Ces broches Br+, BrP sont par exemple positionnées sur le bord bas du substrat 302.
Le module de puissance 300 comporte en outre des interrupteurs commandables à semi-conducteur HS, LS, par exemple comme celui décrit en référence à la et à la .
En particulier, il est prévu des interrupteurs de côté haut HS ayant leur face inférieure plaquée contre la piste positive P+ pour connecter électriquement leur drain à la piste positive P+. Les interrupteurs de côté haut HS sont alignés pour former un alignement d’interrupteurs vertical.
Il est en outre prévu des interrupteurs de côté bas LS ayant leur face inférieure plaquée contre la piste de phase PP pour connecter électriquement leur drain à la piste de phase PP. Les interrupteurs de côté bas LS sont alignés pour former un alignement d’interrupteurs vertical, parallèle à l’alignement d’interrupteurs de côté haut HS.
Le module de puissance 300 comporte en outre une barrette de côté haut 304 (de l’anglais « clip ») conçue pour connecter électriquement les sources des interrupteurs de côté haut HS à la piste de phase PP. La barrette de côté haut 304 est ainsi formée d’un conducteur électrique rigide, par exemple en cuivre, et rapportée sur les faces supérieures des interrupteurs de côté haut HS pour être électriquement connectée aux sources des interrupteurs de côté haut HS.
La barrette de côté haut 304 comporte en particulier des pattes 306, de préférence au moins trois pattes 306, plaquées contre la piste de phase PP afin de connecter électriquement la barrette de côté haut 304 à la piste de phase PP. Pour atteindre cette dernière, les pattes 306 enjambent la piste négative P- qui s’étend entre la piste positive P+ et la piste de phase PP, et donc entre les deux alignements d’interrupteurs HS, LS. L’utilisation de plusieurs pattes 306 améliore la stabilité mécanique de la barrette de côté haut 304.
Par exemple, la barrette de côté haut 304 comporte une portion verticale 308 présentant des languettes venant au contact des sources des interrupteurs de côté haut HS, deux par interrupteur de côté haut dans l’exemple illustré. Les pattes 306 se projettent de la portion verticale 308 selon la direction transverse Y, par exemple à l’opposé des languettes. De même, les languettes se projettent de la portion verticale 308 selon la direction transverse Y, par exemple à l’opposé des pattes 306.
De préférence, les pattes 306 s’étendent perpendiculairement aux alignements HS, LS. De préférence également, la barrette de côté haut 304 comporte moins de pattes que d’interrupteurs de côté haut. Ainsi, dans l’exemple illustré, les interrupteurs de côté haut HS sont au nombre de huit, tandis que trois pattes 306 sont prévues.
De préférence également, la barrette de côté haut 304 comporte un nombre impair de pattes 306 et présente un axe de symétrie axiale S1 passant par la patte du milieu. Ainsi, la barrette de côté haut 304 est plus facile à concevoir.
De façon similaire, le module de puissance 300 comporte en outre une barrette de côté bas 310 (de l’anglais « clip ») conçue pour connecter électriquement les sources des interrupteurs de côté bas LS à la piste négative P-. La barrette de côté bas 310 est ainsi formée d’un conducteur électrique rigide, par exemple en cuivre, et rapportée sur les faces supérieures des interrupteurs de côté bas LS pour être électriquement connectée aux sources des interrupteurs de côté bas LS.
La barrette de côté bas 310 comporte en particulier des pattes 312, de préférence au moins trois pattes 312, plaquées contre la piste négative P- afin de connecter électriquement la barrette de côté bas 310 à la piste négative P-. Pour atteindre cette dernière, les pattes 312 passe au-dessus de la piste de phase PP. L’utilisation de plusieurs pattes 312 améliore la stabilité mécanique de la barrette de côté bas 310.
Par exemple, la barrette de côté bas 310 comporte une portion verticale 314 présentant des languettes venant au contact des sources des interrupteurs de côté bas LS, deux par interrupteur de côté bas dans l’exemple illustré. Les pattes 312 se projettent de la portion verticale 314 selon la direction transverse Y, par exemple à l’opposé des languettes. De même, les languettes se projettent de la portion verticale 308 selon la direction transverse Y, par exemple à l’opposé des pattes 306.
De préférence, les pattes 312 s’étendent perpendiculairement aux alignements HS, LS. De préférence également, la barrette de côté bas 308 comporte moins de pattes 312 que d’interrupteurs de côté bas LS. Ainsi, dans l’exemple illustré, les interrupteurs de côté bas LS sont au nombre de huit, tandis que trois pattes 312 sont prévues.
De préférence également, la barrette de côté bas 310 comporte un nombre impair de pattes 312 et présente un axe de symétrie axiale S2 passant par la patte du milieu. Les axes de symétrie S1, S2 sont de préférence parallèle l’un à l’autre. Ainsi, la barrette de côté haut 304 est plus facile à concevoir et son montage à l’envers est sans conséquence.
De préférence, les deux barrettes ont la même forme et les mêmes dimensions, à l’exception de la longueur de leurs pattes respectives.
Les deux barrettes avec leurs pattes et leurs languettes sont par exemple réalisées par pliage et ou par emboutissage (de l’anglais « stamping »).
Les pattes 306, 312 des deux barrettes 304, 310 sont intercalées de manière à alterner, parallèlement aux alignements HS, LS, entre pattes 306 de la barrette de côté haut 304 et pattes 312 de la barrette de côté bas 310. Cette alternance permet d’équilibrer électriquement les potentiels des deux barrettes 304, 310.
Pour commander les interrupteurs de côté haut HS, le module de puissance 300 comporte en outre une piste de grille de côté haut PGHSet une piste d’électrode auxiliaire de côté haut dite piste de source Kelvin de côté haut PSKHStoutes les deux portées par la face supérieure du substrat 302 et plus précisément s’étendant sur cette face supérieure. Les deux pistes PGHS, PSKHSsont 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 cette face supérieure. Des broches BGHS, BSKHSsont par exemple brasées ou frittées sur respectivement les pistes PGHS, PSKHS, sur le bord bas du substrat 302.
Les deux pistes PGHS, PSKHSs’étendent à l’opposé des interrupteurs de côté bas LS par rapport aux interrupteurs de côté haut HS. Dit autrement, les pistes PGHS, PSKHSs’étendent à l’extérieur des deux alignements d’interrupteurs HS, LS. Elles sont par exemple rectangulaires avec leurs grands côtés parallèles l’une par rapport à l’autre, ainsi qu’à l’alignement d’interrupteurs HS et s’étendent de préférence sur toute la hauteur de l’alignement d’interrupteurs HS.
Les grilles des interrupteurs de côté haut HS sont ainsi connectées à la piste de grille de côté haut PGHSpar au moins un conducteur électrique souple tel qu’un fil (de l’anglais « wire bonding »). En outre, les sources Kelvin des interrupteurs de côté haut HS sont connectées à la piste de source Kelvin de côté haut PSKHSpar au moins un conducteur électrique souple tel qu’un fil (de l’anglais « wire bonding »).
Les interrupteurs de côté haut HS peuvent donc être commandés en appliquant une tension entre les pistes PGHS, PSKHS.
Pour commander les interrupteurs de côté bas LS, le module de puissance 300 comporte en outre une piste de grille de côté bas PGL Set une piste d’électrode auxiliaire de côté bas dite piste de source Kelvin de côté bas PSKL Stoutes les deux portées par la face supérieure du substrat 302 et plus précisément s’étendant sur cette face supérieure. Les deux pistes PGL S, PSKL Ssont 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 cette face supérieure.
Les deux pistes PGL S, PSKL Ss’étendent à l’opposé des interrupteurs de côté haut HS par rapport aux interrupteurs de côté bas LS. Dit autrement, les pistes PGL S, PSKLSs’étendent à l’extérieur des deux alignements d’interrupteurs HS, LS. Elles sont par exemple rectangulaires avec leurs grands côtés parallèles l’une par rapport à l’autre, ainsi qu’à l’alignement d’interrupteurs LS et s’étendent de préférence sur toute la hauteur de l’alignement d’interrupteurs LS.
Les grilles des interrupteurs de côté bas LS sont ainsi connectées à la piste de grille de côté bas PGLSpar au moins un conducteur électrique souple tel qu’un fil (de l’anglais « wire bonding »). En outre, les sources Kelvin des interrupteurs de côté bas LS sont connectées à la piste de source Kelvin de côté bas PSKL Spar au moins un conducteur électrique souple tel qu’un fil (de l’anglais « wire bonding »).
Des broches BGL S, BSKL Ssont par exemple brasées ou frittées sur respectivement les pistes PGL S, PSKL S, sur le bord bas du substrat 302.
Les interrupteurs de côté bas LS peuvent donc être commandés en appliquant une tension entre les pistes PGLS, PSKLS.
Par ailleurs, le module de puissance 300 comporte de préférence un surmoulage (non représenté), par exemple en résine, recouvrant les interrupteurs HS, LS et les pistes P+, P-, PP, PGHS, PGLS, PSKHS, PSKLSainsi que les deux barrettes 304, 310.
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.
Par exemple, la barrette de côté haut 304 pourrait en variante comporter un nombre pair de pattes 306 et présenter un axe de symétrie axiale passant au milieu des deux pattes centrales et/ou la barrette de côté bas 310 pourrait comporter un nombre pair de pattes 312 et présenter un axe de symétrie axiale passant au milieu des deux pattes centrales.
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 œuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.

Claims (11)

  1. Module de puissance (300) comportant :
    • un substrat isolant électrique plat (302) ;
    • portées par une face supérieure du substrat (302) : une piste positive (P+), une piste de phase (PP) et une piste négative (P-) ;
    • des interrupteurs commandables à semi-conducteur (HS, LS) présentant 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), parmi lesquels :
      • des interrupteurs de côté haut (HS) avec leur face inférieure (202) plaquée contre la piste positive (P+) pour connecter électriquement leur première électrode principale (D) à la piste positive (P+), avec leur deuxième électrode principale (S) connectée électriquement à la piste de phase (PP), les interrupteurs de côté haut (HS) étant alignés pour former un premier alignement d’interrupteurs, et
      • des interrupteurs de côté bas (LS) avec leur face inférieure (202) plaquée contre la piste de phase (PP) pour connecter électriquement leur première électrode principale (D) à la piste de phase (PP), avec leur deuxième électrode principale (S) connectée électriquement à la piste négative (P-), les interrupteurs de côté bas (LS) étant alignés pour former un deuxième alignement d’interrupteurs, parallèle au premier alignement d’interrupteurs ;
    caractérisé en ce que la piste négative (P-) s’étend entre la piste positive (P+) et la piste de phase (PP) de manière à s’étendre entre les deux alignements d’interrupteurs (HS, LS), en ce qu’il comporte une barrette conductrice électrique de côté haut (304) plaquée contre les faces supérieures des interrupteurs de côté haut (HS) pour être connectée électriquement aux deuxièmes électrodes principales des interrupteurs de côté haut (HS), la barrette de côté haut (304) comportant plusieurs pattes (306) plaquées contre la piste de phase (PP) pour connecter électriquement la barrette conductrice de côté haut (304) à la piste de phase (PP), et une barrette conductrice électrique de côté bas (310) plaquée contre les faces supérieures des interrupteurs de côté bas (LS) pour être connectée électriquement aux deuxième électrodes principales des interrupteurs de côté bas (LS), la barrette de côté bas (310) comportant plusieurs pattes (312) plaquées contre la piste négative (P-) pour connecter électriquement la barrette de côté bas (310) à la piste négative (P-), et en ce que les pattes (306, 312) des deux barrettes (304, 310) sont intercalées de manière à alterner, parallèlement aux alignements d’interrupteurs (HS, LS), entre pattes (306) de la barrette de côté haut (304) et pattes (312) de la barrette de côté bas (310).
  2. Module de puissance (300) selon la revendication 1, dans lequel la barrette de côté haut (304) comporte moins de pattes (306) que d’interrupteurs de côté haut (HS) et/ou la barrette de côté bas (310) comporte moins de pattes (312) que d’interrupteurs de côté bas (LS).
  3. Module de puissance (300) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la barrette de côté haut (304) comporte au moins trois pattes (306) et/ou la barrette de côté bas (310) comporte au moins trois pattes (312).
  4. Module de puissance (300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les pattes (306) de la barrette de côté haut (304) et/ou les pattes de la barrette de côté bas (310) s’étendent perpendiculairement aux alignements d’interrupteurs (HS, LS).
  5. Module de puissance (300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les deux barrettes (304, 310) ont la même forme et les mêmes dimensions, à l’exception de la longueur de leurs pattes respectives.
  6. Module de puissance (300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la barrette de côté haut (304) comporte un nombre impair de pattes (306) et présente un axe de symétrie axiale (S1) passant par la patte du milieu et/ou la barrette de côté bas (310) comporte un nombre impair de pattes (312) et présente un axe de symétrie axiale (S2) passant par la patte du milieu.
  7. Module de puissance (300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la barrette de côté haut (304) comporte un nombre pair de pattes (306) et présente un axe de symétrie axiale passant au milieu des deux pattes centrales et/ou la barrette de côté bas (310) comporte un nombre pair de pattes (312) et présente un axe de symétrie axiale passant au milieu des deux pattes centrales.
  8. Module de puissance (300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comportant en outre une piste de commande de côté haut (PGHS) portée par la face supérieure du substrat (302), la piste de commande de côté haut (PGHS) s’étendant le long des interrupteurs de côté haut (HS), à l’opposé des interrupteurs de côté bas (LS) par rapport aux interrupteurs de côté haut (HS), et 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, et/ou comportant en outre une piste de commande de côté bas (PGLS) portée par la face supérieure du substrat (302), la piste de commande de côté bas (PGLS) s’étendant le long des interrupteurs de côté bas (LS), à l’opposé des interrupteurs de côté haut (HS) par rapport aux interrupteurs de côté bas (LS), et étant connectée aux électrodes de commande (G) des interrupteurs de côté bas (LS), de préférence par au moins un conducteur électrique souple tel qu’un fil.
  9. Module de puissance (300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comportant en outre une piste d’électrode auxiliaire de côté haut (PSKHS) portée par la face supérieure du substrat (302), la piste d’électrode auxiliaire de côté haut (PSKHS) s’étendant le long des interrupteurs de côté haut (HS), à l’opposé des interrupteurs de côté bas (LS) par rapport aux interrupteurs de côté haut (HS), et étant connectée à une électrode auxiliaire (SK) des interrupteurs de côté bas (HS), de préférence par au moins un conducteur électrique souple tel qu’un fil, et/ou comportant en outre une piste d’électrode auxiliaire de côté bas (PSKL S) portée par la face supérieure du substrat (302), la piste d’électrode auxiliaire de côté bas (PSKL S) s’étendant le long des interrupteurs de côté bas (LS), à l’opposé des interrupteurs de côté haut (HS) par rapport aux interrupteurs de côté bas (LS), et étant connectée à des électrodes auxiliaires (SK) des interrupteurs de côté bas (LS), de préférence par au moins un conducteur électrique souple tel qu’un fil.
  10. Onduleur ou bien redresseur ou bien chargeur embarqué ou bien convertisseur DC-DC comprenant un module de puissance selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.
  11. Engin de mobilité comprenant un module de puissance selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 ou bien comprenant un onduleur ou bien un redresseur ou bien chargeur embarqué ou bien convertisseur DC-DC selon la revendication 10.
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US20030168252A1 (en) * 2001-11-28 2003-09-11 Ralf Schmid Contact device and a process to facilitate contact of power electronics components and an assembly that consists of one or several power electronics components
US20140124915A1 (en) * 2011-06-27 2014-05-08 Rohm Co., Ltd. Semiconductor module
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