Brevet FR2035018A1 — publié le 19701218

69Î0679 2035018 La présente invention se rapporte à an groupe âe composants semi-conducteurs comportant au moins deux corps de refroidissement identiques, parallélipipédiques, ayant au moins un plan de symétrie et maintenus assemblés par au moins une 5 tige filetée, chacun de ces corps de refroidissement ayant un noyau massif avec au moins un perçage pour des tiges filetées, des moyens de fixation pour au moins un composant semi-conducteur ainsi que des ailettes de refroidissement faisant saillie sur le noyau. 10 Dans un groupe connu de ce type, les composants semi conducteurs, par exemple des redresseurs ou des thyristors sont fixés à l'aide d'une tige filetée dans un trou taraudé pratiqué dans le noyau des corps de refroidissement. Ces corps de refroidissement sont réalisés de manière que leurs noyaux mas-15 sifs soient directement contigfts à l'intérieur du groupe et que les plans des ailettes de refroidissement soient perpendiculaires aux perçages pour les tiges filetées. Un tel mode de construction n'est pratiquement applicable que dans le cas où. les différents corps de refroidisse-20 ment assemblés pour former un groupe se trouvent pratiquement au môme potentiel ; il est vrai qu'un isolement des corps de refroidissement les uns par rapport aux autres serait possible sans difficulté pour le mode de construction connu par insertion, entre les différents corps de refroidissement, de cloisons 25 en matière isolante et par isolement de la tige filetée par rapport aux corps de refroidissement, par exemple au moyen d,un tube en matière isolante. Cependant, même cette mesure ne permet pas d'obtenir, à un prix de revient acceptable, un groupe susceptible d'être utilisé pour des tensions de service élevées, 30 car il n'est pas possible d'assurer un trajet de fuite d'une -longueur suffisante le long de la tige filetée, entre deux corps de refroidissement voisins se trouvant à des potentiels différents, à l'aide d'une eleison dimensionnée pour fournir un isolement suffisant. Par conséquent, en vue d'obtenir un trajet 35 de fuite suffisamment long, il faudrait utiliser, soit des cloisons très épaisses, soit des pièces d'écartement, deux mesures . qui sont onéreuses et qui exigent avant tout un supplément de volume qui n'est pas nécessaire du point de vue du refroidissement. , _ _ — i BÀD ORIGINAL > 6910679 2 2035018" la présente invention se rapporte à un groupe à composants semi-conducteurs du type décrit ci-dessus, se distinguant par une construction extrêmement compacte, bien que les différents corps de refroidissement puissent se trouver à des 5 potentiels différents ; il est possible en particulier d'obtenir des trajets de fuite suffisamment longs, par utilisation de cloisons d'épaisseur normale, sans faire appel à des éléments d'écartement supplémentaires» le groupe à composants semi-conducteurs aonforme à 10 l'invention est caractérisé par le fait que deux ailettes de refroidissement au moins, entre lesquelles est pratiqué le perçage pour la tige filetée, font saillie parallèlement à cette tige filetée sur les deux côtés opposés de chaque noyau., par le fait que ces ailettes de refroidissement présentent des surfa*» 15 ces d'appui, par le fait que les surfaees d'appui de toute» les ailettes de refroidissement situées d'un côté du noyau, se trouvent dans un plan perpendiculaire à la tige filetée et parallèle à un plan de symétrie et par le fait que toutes les autres parties du corps de refroidissement se trouvent entre les deux 20 plans définis par les surfaces d'appui® Un exemple de réalisation préféré de l'invention est caractérisé par le fait que le noyau de chaque corps de refroidissement se présente sous la forme d'un disque, avec au moins deux plans de symétrie formant un angle droit l'un avec l'au-25 tre, par le fait que les moyens de fixation se trouvent sur on côté étroit au moins du noyau, par le fait que les ailettes de refroidissement font saillie sur les deux côtés larges du noyau de manière quelles forment un angle de 90° aveG le premier plan de symétrie et un angle aigu avee le second plan de symétrie, 30 par le fait que deux ailettes de refroidissement au moins de chaque côté du noyau de chaque corps de refroidissement présentent des surfaces d'appui qui sont parallèles au premier'plan de symétrie et se trouvent à égale distance de ce dernier, par le fait que toutes les autres ailettes de refroidissement de 35 chaque corps de refroidissement se trouvent à l'intérieur d'une zone délimitée par le noyau et par un plan passant par au moins deux surfaces d'appui, par le fait que le perçage pour la tige filetée est pratiqué entre les ailettes de refroidissement à surfaces d'appui, perpendiculairement au premier plan de symé— 4° trie et par le fait que les corps de refroidissement sont BAD ORIGINAL 6910679 3 2035018 insérés entre deux plaques de serrage appliquées chacune sur les surfaces d'appui d'au moins deux ailettes de refroidissement» Dans le cas où. les ailettes de refroidissement à surfaces d'appui ont une résistance mécanique suffisante, ees ai-5 lettes peuvent également former un angle aigu alrec le premier plan de symétrie# L'invention permet de "brancher les composants semiconducteurs fixés aux différents corps de refroidissement de manière à obtenir des montages convertisseurs les plus divers,car 10 il est possible d'isoler les uns des autres les différents corps de refroidissement ou également de les monter électriquement en parallèle en supprimant une cloison ou en utilisant une cloison métallique. Les cloisons peuvent être utilisées en m8me temps pour la fixation d'autres composants nécessaires en vue du fonc-15 tioanement d'un redresseur ou d'un thyristor» Des éléments d'assemblage particuliers entre les corps de refroidissement et les cloisons ne sont ainsi pas nécessaires, ni pour les «sleisons» ni pour la fixation des composants précités ; en effet, les cloisons sont simplement engagées sur les tiges filetées qui assa*-20 rent l'assemblage par serrage des corps de refroidissement et elles sont maintenues en position par ees tiges filetées et par la force engendrée par ces dernières (frottement)» Le dessin annexé représente schématiquement ua exemple de réalisation non limitatif de l'objet de l'invention, dans son 25 application à un groupe comportant six corps de refroidissement et six thyristors montés en un pont triphasé j sur ce dessin : la figure 1 est une vue en plan de cet exemple de réalisation j la figure 2 est une vue en élévation, prise suivant 30 la ligne II-II de la figure 1 ; la figure 3 est une vue frontale du groupe, prise dan3 le sens de la flèche portant la référence III sur les figures 1 et 2. Les corps de refroidissement identiquesj référencés 1 35 'présentent deux plans de symétrie désignés par A et B qui forment un angle droit l'un avec l'autre et dont la position est visible en particulier sur la figure 3. Le premier plan de symétrie désigné par A s'étend en direction longitudinale du noyau 11 en forme de disque légèrement conique, sur les deux côtés larges 40 112 duquel font saillie des ailettes de refroidissement 12, 121, 6910679 4 2035018 122, 123, 124 dont lea surfaces sont également perpendiculaires auseoond plan de symétrie B. Cependant, pour certaines utilisations, il peut être avantageux que les surfaces des ailettes de refroidissement forment un angle aigu avec le second plan de 5 symétrie et s'étendent ainsi de façon oblique de haut en bas sur la figure 2« Les deux ailettes de refroidissement extérieures 121, 122 et deux autres ailettes de refroidissement 123 et 124 sont renforcées et les ailettes 123 et 124 dépassent légèrement tou-10 tes les autres ailettes de refroidissement et présentent des surfaces d'appui 125, 126 qui sont parallèles au premier plan de symétrie A et qui se trouvent à distance égale de ce dernier» le noyau 11 comporte, entre les deux ailettes de refroidissement 123 «t 124, deux perçages 13 et 131 (voir figure 2) qui 15 sent perpendiculaires au premier plan de symétrie A. Un thyrieter 8 est fixé sur le côté étroit 111 de chaque noyau 11 ; à cet effet, le e8té étroit 111 comporte, par exemple un trou fcorgne taraudé et le thyristor comporte un em~ berfc fileté correspondant, 20 les six corps de refroidissement identiques 1 avec leare thyristers 8 sent engagés,en étant séparés les ans des autres par une cloison 22, sur les deux tiges filetées 31 et 32 qui sont isolées par rapport aux corps de refroidissement à l'aide de tubes isolants 51 et 52 entourant ces tiges. Jour iss-25 1er les deux corps de refroidissement extérieurs par rapport aux tiges, on a prévu des parois 21. Toutes les cloisons et parois présentent des perçages correspondant à ceux des corps de refroidissement» lea corps de refroidissement et les cloisons peuvent 30 être assemblés par serrage au moyen des tiges filetées, à l'aide de deux plaques de serrage 41, 42. Geo plaques de serrage sont réalisées de manière qu'elles s'étendent sur les surfaces d'appui 125 et 126 d'au Eioias deux ailettes de refroidissement ©emportant de telles suï-fi@e®0 d'appuif et de manière qu'elles 55 soieat suffisamment rigiâeso les ©fîoste produits lors de l'assemblage,, par exemple pas 1© serrage &9aa écrou 311 sont transmis par les ailettes de refroidiese-sae'à à surfaces d'appui de I'ub des corps de refroidissement m. corps de refroidissement suivant an passant par la cloison correspondante « BAO ORIGINAL 6910679 5 2035018 Sur les côtés frontaux 111 des corps de refroidissement, des bornes 74 et des barrettes collectrices 71» 72 sont reliées aux corps de refroidissement, en partie de façon conductrice, en partie par des pièces isolantes 73. Ces "bornes et 5 ces "barrettes servent au montage des thyristors en un pont triphasé. Les trois corps de refroidissement, par exemple de gauche reçoivent ainsi directement la tension entre phases et doivent être isolés en conséquence les uns par rapport aux autres. Les cloisons en matière isolante d'une épaisseur de quel-10 ques millimètres suffisent à cet effet car, grâce à l'agencement conforme à l'invention, les trajets de fuite représentés en tirets entre le second et le troisième corps de refroidissement sont très longs# Les parois et cloisons 21 et 22 dépassent de tous les 15 côtés les corps de refroidissement paraflêLépipédiques 1 ; on dispose ainsi, par exemple derrière l'ailette de refroidissement arrière 122 de chaque corps de refroidissement d'un espace qui convient avantageusement au montage de composants supplémentaires, par exemple de condensateurs 61 ou de transmetteurs d'im- \ 20 pulsion 62. Ces composants peuvent également être fixés à une paroi 23 qui est portée à son tour par les cloisons. Le mode d'exécution qui vient d'être décrit convient particulièrement au refroidissement naturel. Par contre, dans le cas où. une ventilation forcée par un ventilateur est néces-25 saire, il est avantageux de compléter l'agencement- décrit en faisant en sorte que les corps de refroidissenœnt soient entourés sur tout leur pourtour de parois formant un canal de refroidissement et que toutes ces parois aient la même hauteur, de sorte que plusieurs unités placées directement les unes au-des- 30 sus des autres forment un canal de refroidissement composé qui, même sans utilisation de pièces d'étanchéité intermédiaires supplémentaires, ne présente pratiquement pas d'ouverture dans le sens latéral. Un tel mode d'exécution est indiqué en tirets sur les figures dans son application à un corps de refroidissement ; 35 une plaque auxiliaire 24, 25 en matière isolante est ici fixée sur les ailettes de refroidissement extérieures de chaque corps de refroidissement ; la hauteur de ces plaques auxiliaires correspond, comme le montre clairement surtout la figure 2, à la hauteur des parois extérieures 21. Ces plaques auxiliaires 24 et 4° 25 comportent des surfaces d'appui ; les ailettes des corps de 6910679 6 2035018 ref roidissetaent sont de préférence toutes identiques et le un? largeur est légèrement inférieure à la largeur des plaques auxiliaires 24 et 25» Pour l'assemblage par serrage, il est donc nécessaire d'utiliser une plaque de serrage 43 4e taille plus im-5 portante (voir figure l) » Les plaques auxiliaires peuvent également servir de support à des composants. Sur les deux corps de refroidissement de gauche du groupe selon la figure 3» on a représenté une autre variante» Par un contour en tirets, on a indiqué que les ailettes, en particu-10 lier les ailettes munies de surfaces d'appui peuvent avoir la même hauteur que les parois et eloisoas 21, 22 dans le cas oà l'on donne aux angles des ailettes de refroidissement, par exemple par biseautage, une forme telle que la longueur du trajet d« fuite de l'ailette de l'un des corps de refroidissement à la 15 môme ailette du corps de refroidissement voisin soit supérieurs à l'épaisseur de la cloison. 6910679 7 2035018 reteiiioaiiohs 1» Groupe de composants semi-condueteurs comportant au moins deux corps de refroidissement identiques, paraBéLépipè-diques, ayant au moins un plan de symétrie et maintenus assem*-5 blés par au moins une tige filetée, chacun de ces corps de refroidissement comportant un noyau massif avec au moins an perçage pour des tiges filetées, des moyens de fixation pour au moins un composant semi-conducteur ainsi que des ailettes de refroidissement faisant s'aillie sur le noyau, caractérisé par 10 le fait que deux ailettes de refroidissement au moins, entre lesquelles est pratiqué le perçage pour la tige filetée, feat saillie parallèlement à cette tige filetée sur les deux côtés opposés de chaque noyau, par le fait que cas ailettes de refroidissement présentent des surfaees d'appui, per le fait que 1«* 15 surfaces d'appui de toutes les ailettes de refroidissement situées d'un côté du aoyau se trouvent dans aa plan perpendiculaire à la tige filetée et parallèle à ua plan de symétrie et par le fait que toutes les autres parties du corps de refroidissement se trouvent entre les deux plans défiais par les surfaces 20 d'appui. 2. Groupe de composants semi-eondacteurs suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le noyau de chaque corps de refroidissement se présente sous la forme d'un disque, avec au moins deux plans de symétrie formant on angle droit 25 l'un avec l'autre, par le fait que lea aoyess de fixatioa se trouvent sur un côté étroit au msitas du noyau, par le fait que les ailettes de refroidissement font saillie sur les deux côtés larges du noyau de manière qu'elles forment un angle de 90° avec le premier plan de symétrie et un angle aigu avec le second plan 30 de symétrie, par le fait que deux ailettes de refroidissement au moins de chaque côté du noyau de chaque dorps de refroidissement présentent des surfaces d'appui qui sont parallèles au premier plan de symétrie et se trouvent à égale distance de ce dernier, par le fait que toutes les autres ailettes de chaque corps de 35 refroidissement se trouvent à l'intérieur d'une zone délimitée par le noyau et par un plan passant par au moins deux surfaces d'appui, par le fait que le perçage pour la tige filetée est pratiqué entre les-ailettes de refroidissement à surfaces d'appui, perpendiculairement au premier plan de symétrie et par le 40 fait que les corps de refroidissement sont insérés entre deux 6910679 2035013 plaques de serrage appliquées chacune sur les surfaces d'appui d'au moins deux ailettes de refroidissement. 3» Groupe de composants semi-conducteurs suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par au moins deux parois 5 ou cloisons réalisées de préférence en matière isolante, comportant des perçages pour la tige filetée et insérées entre les corps de refroidissement et/ou les corps de refroidissement et les plaques de serrage. 4. Groupe de composants Bemi-conducteurs suivant 10 la revendication 3» caractérisé par le fait que les parois et cloisons s'étendent au-delà d'un bord au moins des corps de refroidissement paralléltpipèdiques. 5* Groupe de composants semi-conducteurs suivant la revendication 4-» «araotérisé par le fait que la distance 15 d'un bord au moins des parois au cloisons au second plan de symétrie est supérieure à la distance ta berd correspondant du corps de refroidissement à ce plan de symétrie, et par le fait que les plaques auxiliaires sont fixées aux deux ailettes de refroidissesent extérieures, ees plaques formant arec les pa-20 rois ou cloisons un canal de section droite rectangulaire et de longueur partout égale, entourant au moins un corps de refroidissement. 6. Groupe de composants semi-conducteurs suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que les plaques au-25 xiliaires sont constituées par une matière isolante, présentent des surfaces d'appui et sont dimansionnées de manière que les parties des plaques auxiliaires, portant les surfaces d'appui, s'étendent également au-delà des bords correspondants des ailettes de refroidissement» 30 7« Groupe de composants semi-conducteurs suivant l'une des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait que des composants supplémentaires sont fixés aux parois ou cloisons et/ou aux plaques auxiliaires 8. Groupe de composants so&i-oondueteurs suivant 35 la revendication 7, caractérisé par 1® fait que les composants supplémentaires sont placés entre les parties des parois on cloisons, s'étendant au-delà .des ailettas de refroidissement#