Brevet FR2008660A1 — publié le 19700123

La présente invention concerne un procédé pour le montage d'un élément à semi-conducteurs en forme de disque avec deux radiateurs servant en meme temps pour l'amenée du courant, de manière à former un ensemble, les radiateurs-bridant entre eux l'élément à semiconducteurs sous une pression prédéterminée, à l'aide de plusieurs boulons. Dans le domaine des éléments à semi-conducteurs de grande puissance au silicium; la tendance vers des puissances commutées toujours croissantes qui se maintient depuis plusieurs années, et les puissances de pertes toujours plus importantes qui en résultent, ont conduit au développement des éléments à semi-conducteurs en forme de disques, dits l'Press-Packs", dans lesquels la partie active en forme de disque peut Qtre refroidie des deux cotés. De tels éléments à semi-conducteurs en forme de disque possèdent un bottier en forme de capsule, avec une partie formant le, fond et une autre formant couvercle, en tole métallique flexible, qui s2appli- quent sur la partie active, et qui sont reliées entre elles à la périphérie par une bague en matière électriquement isolanteo Pour former un ensemble à semi-conducteur, on bride un tel élément à semi-conducteur en forme de disque entre deux radiateurs, de manière que les faces frontales de sa-partie active soient soumises à une compression plane, répartie aussi régulièrement que possible. Un tel ensemble à semi-conducteur est connu, par exemple par le brevet suisse 431.731. Dans cet élément à semi-conducteur, l'un des radiateurs est relié à une traverse par l'intermédiaire de deux boulons guidés par des alésages pratiqués dans le deuxième radiateur, cette traverse constituant le point d'appui d'un système central de rondelles élastiques qui applique ce deuxième radiateur contre l'élément à semi-conducteur en forme de disque et ce dernier contre le premier radiateur. ira liaison du système de rondelles élastiques avec le deuxième radiateur autorise un léger basculement entre les radiateurs, de sorte que leurs surfaces d'appui sont appliquées contre l'élément à semi-conducteur en forme de disque avec une pression plane régulièrement répartie, même si les faces frontales de cet élément ne sont pas tout à fait planes et parallèles. Cette construction est cependant peu stable du point de vue mécanique, car à I'tat assemblé, les radiateurs peuvent etre basculés l'un par rapport à l'autre avec des forces relativement faibles, ce qui engendre des pressions de basculement indésirables, susceptibles d'entraîner une détérioration de %1 élément à semi-conducteur en forme de disque, en particulier lors d'application brusque de la charge, D'autre part l'ajustage de la pression de surface ne peut se faire dune manière simple que par la détermination du couple appliqué à un boulon de serrage qui sert à comprimer le système de rondelles élastiques. Un ajustage précis de la pression de surface est cependant difficile à réaliser de cette manière en raison des coefficients de frottement qui interviennent dans les filetages du boulon de tension, et qui en général ne peuvent être définis d?une manière exacte, L2objet de la présente invention est de proposer un ensemble à semi-conducteur, ainsi qu'un procédé pour son montage, dans lequel l'on évite les inconvénients précités du dispositif connu, et qui en outre présente une construction robuste et économique0 Le procédé pour le montage de l'ensemble à semi-conducteur selon l'invention est caractérisé par ltassemblage des radiateurs et de 11 élément à semi-conducteur en forme de disque de manière à former un ensemble, à l'aide de plusieurs boulons de serrage reliant entre eux les radiateurs et pourvus de filetages et d'écrous de serrage, qui sont disposés le long d'un cercle concentrique par rapport à l'élément à semi-conducteur, chacun de ces boulons stappliqlnut contre l'un des radiateurs, au moins à leune de ses extrémités9 par l'intermédiaire d'un système de rondelles élastiques; ainsi que par l'insertion de cet ensemble entre les mors d'un dispositif de serrage, l'un de ces mors au moins étant relié au piston presseur corres pondant par l'intermédiaire d'une articulation rotule; ainsi que par l'assemblage de l'ensemble sous une pression de serrage prédéterminée et par le serrage simultané des boulons de tension, jusqu'à ce que les différents systèmes de rondelles élastiques soient tous comprimés à la même pression prédéterminée0 L'invention sera expliquée en détail à laide des figures qui en représentent un exemple de réalisation0 La figure 1 montre l'ensemble à semi-conducteur vu en coupe longitudinale, tandis que la figure 2 montre le dispositif pour l'assemblage de l'ensemble à semi-conducteur0 l'ensemble à semi-conducteur (fig. 1) comporte deux radiateurs 1, 2, qui sont appliqués contre un élément à semi-conducteur en forme de disque 4, à l'aide de trois boulons de tension 3, dont l'un a été représenté sur la figure plus en détail. Les radiateurs 1, 2 possèdent, chacun une courte protubérance 5 en forme de bossage, par laquelle ils s'appliquent contre les faces frontales de l'élément en forme de disque 40 Chacun des boulons de tension 3 présente, à l'une de ses extrémités, une tette de boulon 6 avec un six pans interne qui, par l'intermédiaire d'une rondelle de pression 7, appuie sur un paquet de rondelles élastiques 9 enveloppé par une douille entretoise 8, laquelle de son c6t;é prend appui sur le radiateur 2 par l'intermédiaire dgune autre rondelle de pression 10 et d'une bague isolante llo À l'autre extrémité, les boulons de tension 3 sont pourvus chacun dgun filetage, dans lequel se visse un écrou de tension 12, qui de son cSté prend appui sur le radiateur 1 par l'intermédiaire d'une rondelle de pression 13 et, d'une autre bague isolante 14, et applique ainsi avec une pression définie l'é- dément è semi-conducteur en forme de disque 4 contre l'autre radia Qeur 20 'les boulons de tension 3, qui sont montés avec un jeu rela Vivement grand à l'intérieur des orifices 15 pratiqués dans les ra mateurs 1, 2, comportent des manchons isolants 16. Chacun des radiateurs 1, 2 est pourvu d'ailettes de refroidissement 17 ainsi que d'une cosse de raccordement 18 servant à amener le courant. Pour le montage de l'ensemble à semi-conducteur, on assemble d'abord les radiateurs 1, 2 et l'élément à semiconducteur en forme de disque 4 suivant la disposition représentée sur la figure ly d l'aide des boulons de tension 3, mais sans serrer les écrous de tension 12. On introduit alors ensemble à semi-conducteur ainsi préparé dans un dispositif de serrage (fige 2), tel que trois tétons hexa gonaux 20 prévus dans le mors inférieur 19 s'engagent chacun dans le six pans interne de la tête 6 de chacun des boulons de tension, et interdisent ainsi la rotation de ces boulons de serrage 30 1e mors supérieur 21, qui s'applique sur le radiateur 1 de l'ensemble à semiconducteur, est relié au piston presseur hydraulique 23 du dispositif de serrage par l'intermédiaire d'une articulation à rotule 22. On soumet ensuite l'ensemble à semi-conducteur monté dans le dispositif de serrage à une pression prédéterminée, correspondant à la pression de surface désirée pour l'élément en forme de disque. Be mors supérieur 21 se positionne alors, grâce à l'articula- tion à rotule 22, de manière telle que, sur la face frontale de lté- lément à semi-conducteur en forme de disque 4, on obtient une pression régulièrement répartie. Ensuite, à travers les orifices 24 ménagés dans le mors supérieur 21, on serre simultanément les écrous de tension 12 des trois boulons de tension 3, et on comprime les empilages de rondelles élastiques jusqu'à ce que la rondelle de pression 7 bute contre l'extrémité du manchon entretoise 8e On desserre ensuite chacun des écrous de tension 12 d'un angle déterminé, par exemple d'un quart de tour, afin de s'assurer que les efforts qui-assurent le bridage de ensemble sont entièrement transmis par les empilages de rondelles éalstiques 9, et qu'il n'y a pas de transmission partielle par l'intermédiaire des douilles entretoises 8. 'l1ensemble à semi-conducteurs est ainsi complètement monté et prêt pour l'utilisation. On tient compte des dispersions des caractéristiques d'élasti- cité des empilages de rondelles 9, résultant des tolérances de fa brication, en utilisant des manehonseentretoises de hauteurs diffé- rentes de manière queS pour chaque empilage de rondelles élastiques 9, on arrive en butée sur le manchon entretoise correspondant 8, pour une même valeur prédéterminée de la pression0 Selon un autre exemple de réalisation, on peut se dispenser de manchons entretoises. On serre alors simultanément les écrous de tension, chaque fois jusqutà une certaine valeur prédéterminée du couple de serrage Cette méthode pourra entre utilisée lorsque les emigenees querft à la régularité de répartition de la pression de surface ne seront pas trop sévères. REVENDICATIONS lo Procédé pour le montage d'un élément à semi-conducteur en forme de disque avec deux radiateurs servant en même temps à amener le courant, pour former un ensemble, dans lequel les radiateurs brident entre eux l'élément à semi-conducteur avec une pression prédéterminée, à 11 aide de plusieurs boulons, caractérisé par le groupement des radiateurs (19 2) et de l'élément à semi-conducteur en forme de disque (4) en un ensemble, à l'aide de plusieurs boulons de tension (3) qui relient entre eux les radiateurs (1, 2) et qui sont pourvus de filetages et écrous de tension (12), disposés sur un cercle concentrique à l'élément à semi-conducteur (4) et qui s'appuient chacun, au moins à une extrémité, contre l'un des radiateurs (1, 2) par l'intermédiaire d'un système de rondelles élastiques; ainsi que par l'introduction de cet ensemble entre les mors (19, 21) d'un dispositif de serrage; l'une de ces.mors au moins étant relié au piston presseur correspondant (23) par l'intermédiaire d'une articulation à rotule (22); ainsi que par la compres-, sion de l'ensemble avec une force prédéterminée et par le serrage simultané des boulons de serrage (3), jusqu'à ce que chacun des systèmes de ressort de pression soit comprimé à la même valeur de pression prédéterminée. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que chacun des boulons de tension (3) est d'abord serré jusqueau contact avec une butée prévue dans l'un des corps de bridage (1, 2), ce qui permet d'obtenir une certaine compression prédéterminée du système de ressort de pression et ensuite une réduction de cette-compression d'une certaine valeur prédéterminée. 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que chacun des boulons de tension (3) est serré jusqu'à un couple de serrage prédéterminé. 4. Ensemble à semi-conducteur avec un élément à semi-conducteur en forme de disque qui se trouve bridé entre deux radiateurs reliés entre eux à l'aide de plusieurs boulons et monté selon le procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les systèmes de ressort de pression se composent chacun d'au moins un paquet de rondelles élastiques, à travers lequel passe le boulon de tension (3) co,resPondants chaque paquet de rondelles élastiques (12) pre nuant appui, d'une partS sur l'un des radiateurs (1, 2) et, d'autre part, sur la tête (6) du boulon de tension ou sur'l'écrou de tension (12). So Ensemble à semi-conducteur selon la revendication 4 caractérisé en ce que les rondelles élastiques (12) prennent appui sur le radiateur (2) par l'intermédiaire d'une rondelle de pression (10) et d'un intercalaire électriquement isolant (11). 6 Ensemble à semi-conducteur selon la revendication 4 caractérisé en ce que chacun des empilages de rondelles élastiques (12) est entouré d'un manchon entretoise (8) qui sert de butée pour la compression maximale du paquet de rondelles élastiques (12)o