Brevet FR2040446A1 — publié le 19710122

La présente invention concerne les dispositifs à conductibilité asymétrique ou dispositifs semi-conducteurs. Elle a pour "but de permettre la réalisation et est matérialisée dans un dispositif semi-conducteur caractérisé en ce qu'il 5 comprend un corps plan constitué par un matériau isolant du point de vue électrique et comportant deux faces principales opposées dans chacune desquelles se trouve l'une des extrémités d'un trou ou perçage traversant le corps, une pastille semi-conductrice placée dans ce perçage et comportant deux faces principales oppo-10 sées, un premier diaphragme constitué par un matéiiau conducteur de la chaleur et de l'électricité, fixé hermétiquement sur une première des faces principales opposées du corps et obturant l'extrémité du perçage débouchant dans cette première face principale, le côté du diaphragme faisant face au perçage étant en con-15 tact mais n'étant pas fixé sur une première des faces principales de la pastille, .un organe formant bride ou collerette fixé hermétiquement contre la seconde des faces principales opposées du corps et entourant l'extrémité du perçage débouchant dans cette seconde des faces principales opposées, et un second diaphragme 20 fixé hermétiquement par sa périphérie à la paroi de l'organe formant "bride ou collerette, ce second diaphragme étant connecté électriquement mais n'étant pas fixé à la seconde des faces principales de la pastille, le montage étant tel que le corps fait Bail-lie vers l'extérieur au delà des périphéries des deux diaphragmes 25 et qu'on obtient, lors du fonctionnement, une. liaison de transfert d'électricité et de chaleur convenable ou suffisante entre les faces de la pastille et les diaphragmes en appliquant une force transversale par rapport à ces diaphragmes. L'organe formant bride ou collerette peut comporter une pre-30 mière aile par l'intermédiaire de laquelle il est fixé hermétiquement au corps et une, seconde aile qui constitue l'aile à laquelle le second.diaphragme est fixé hermétiquement par sa périphérie0 L'organe formant bride ou collerette et (ou) le premier diaphragme peuvent être fixés hermétiquement au corps par de la sou-55 dure„ On peut interposer entre l'organe formant bride ou collerette et le corps un élément conducteur comportant une première partie en forme de languette faisant saillie vers l'intérieur du perçage de façon à se trouver entre le second diaphragme et la secon-40 de des faces principales de la pastille et établissant une Hais on 70 15620 2 2040446 électrique entre cette face principale de la pastille et le second diaphragme, et une seconde partie faisant saillie vers l'extérieur du dispositif de façon à établir une connexion électrique externe vis-à-vis de la première partie. 5 La pastille semi-conductrice peut comporter trois zones ou régions présentant des types de conductibilité différents, séparées les unes des autres par une jonction de type P-N associée, l'une de ces régions s'étendant vers l'intérieur de l'élément à partir de ladite première des faces opposées de ce dernier et les 10 deux autres régions s'étendant toutes deux vers l'intérieur de la pastille à partir de ladite seconde des faces principales opposée^ une première de ces deux régions entourant la seconde de ces deux régions, la première partie de l'élément conducteur ne s'appliquant alors que contre cette première de ces deux régions de l'é-15 lément. Lorsqu'on utilise un tel montage, la première partie de l'élément conducteur peut être traversée par un trou-perçage par lequel s'étend un organe de liaison électrique vis-à-vis de la seconde de ces deux régions de la pastille. Dans ce cas, le second diaphragme peut également'comporter un. trou-perçage le tra-20 versant et par lequel s'étend également l'organe de liaison électrique. On peut prévoir une cale ou entretoise de forme tubulaire qui entoure le perçage ménagé dans le second diaphragme, l'une des extrémités de cette cale de forme tubulaire étant fixée de façon hermétique au second diaphragme et son autre extrémité étant fer-25 mée hermétiquement par un organe de connexion entré lequel et la seconde des deux régions de la pastille s'étend l'organe de liaison électrique. De façon convenable, 11 organe de liaison électrique peut être élastiquèment compressible, un contact électrique efficace potivant alors être établi entre le premier diaphragme et 30 la première des faces principales opposées de la pastille entre la première partie de l'élément conducteur et la première des deux régions de la pastille et entre l'organe de liaison électrique et la seconde des deux régions de la pastille,1 en appliquant la force transversale sur l'organe de connexion et le premier diaphragme. 35 Le corps (ainsi que la cale ou "entrëtoise lorsqu'elle est prévue), peuvent être constitués par exemple, sait par une matière céramique, soit par de l'oxyde de béryllium. L'invention est également matérialisée dans une paire de • • dispositifs-semi-cohdûcteurs"dont Chacun est obtenu selon l'un 40 des modes de réalisation précité,-caractérisé en ce que la seconde 70 15620 3 2040446 partie de l'élément conducteur faisant partie de chaque dispositif constitue le premier diaphragme de l'autre dispositif de la paire. De façon convenable, lorsqu'on utilise un tel montage, les corps des deux dispositifs peuvent être rendus solidaires ou fai-5 re partie intégrante l'un de l'autre de façon -à constituer un seul corps. Ce corps unique peut être percé de trous débouchant placés à l'extérieur des diaphragmes de façon à permettre l'écoulement d'un fluide de refroidissement. Pour augmenter la longueur du trajet d'écoulement sur la 10 surface du corps, ce dernier peut être muni d'une bride ou d'une collerette circulaire. L'invention est également matérialisée dans un empilage de . ces paires de dispositifs semi-conducteurs caractérisé en ce que les -paires de dispositifs sont montées les unes sur les autres et 15 que l'on prévoit entre chaque paire un ensemble conducteur comportant une paire d'organes conducteurs dont l'un est appliqué contre l'organe de connexion de l'un des dispositifs d'une paire et dont l'autre est en contact avec le.diaphragme de l'un des dispositifs placés immédiatement au-dessous de cette paire dans l'empi-20 lage, ces organes conducteurs étant séparés par des cales ou entretoises constituées par un matériau isolant du point de vue électrique. La description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé, donné à titre non limitatif permettra de mieux comprendre 25 1'invention. . . La fig. 1 est une vue en coupe d'une paire de dispositifs selon l'invention. La fig. 2 est une vue en planjie l'ensemble d'un seul tenant constituant le diaphragme de l'un des dispositifs et-l'élément 30 conducteur de l'autre dispositif. La fig. 3 est une vue en plan du corps. - La fig. 4 est une vue: en plan d'un.autre mode de réalisation du corps. : . - . La fig. 5 est une représentation schématique du- circuit é-35 .lectrique équivalent à la paire- de dispositifs. La fig-* 6 est une représentation schématique en coupe partielle et à une échelle différente d;'.un empilage de paires de dispositifs.. Si l'on se réfère tout d 'abord à la fig. 1, celle-ci repré-40 . sente une paire de dispositifs 1 et 2. qui sont essentiellement 70 15620 4 2040446 identiques du point de vue construction et pour lesquels on ne décrira que le dispositif 1» Ce dispositif comprend un premier diaphragme 3 constitué par un matériau conducteur de 1»électricité et de la chaleur (par 5 exemple du cuivre) et contre lequel s'applique la face 4 d'une pastille à conductibilité asymétrique ou pastille semi-conductrice 5. La face 4 constitue l'une des deux faces principales opposées 4 et 6 de la pastille semi-conductrice 5* Cette pastille semi-conductrice 5 est également de réalisation classique et 10 comporte deux jonctions de type P-ÎT de sorte que l'élément comproid. trois régions présentant des types de conductibilité différents et séparées les unes des autres par l'une des jonctions P-H" correspondantes. L'une des régions s'étend vers l'intérieur de la pastille 5 à. partir de la face 4 et les deux autres régions 15 s'étendent vers l'intérieur de la pastille 5 à partir de la face 6, une première de ces deux régioùs entourant la seconde de ces dernières. Le dispositif 1 comprend également un corps plan 7 traversé par un trou ou un perçage dans lequel est placée la pastil-20 le 5» chaque extrémité de ce perçage débouchant dans l'une des faces principales opposées 8 et 9 du corps 7* Le premier diaphragme 3 est fixé hermétiquement sur le corps 7 en étant soudé sur la face 8 de ce dernier. On prévoit également de souder sur la face 9 du corps 7 ÎÇ un élément conducteur 10 qui présente la configuration visible sur la fig. 2. Comme on peut le voir en se référant à cette fig.2 l'élément conducteur 10 (qui est constitué par un matériau conducteur de l'électricité et de la chaleur tel que du cuivre) comporte une première partie 11, en forme de languette, et une se-30 conde partie 12 qui font respectivement saillie vers l'intérieur et vers l'extérieur d'une troisième partie 13 par l'intermédiaire de laquelié l'élément conducteur est fixé hermétiquement au corps 7 par soudage. Si l'on se réfère à nouveau à la fig. 1, on prévoit de sou-35 der sur la face de l'élément conducteur 10 opposée à celle par laquelle cet élément conducteur 10 est'soudé râu corps 7» une première aile 14 d'un organe formant bride ou collerette 15 sur l'autre aile 16 duquel est hermétiquement fixée la périphérie d'un second diaphragme 17« ■ s : 40 • ' La partie - centrale ' du second diaphragme 17 s'applique coa- COPY 70 15620 5 2040446 tre la partie 11 de l'élément conducteur 10 et à la fois cette partie 11 ainsi que la partie centrale du diaphragme 17 sont percées dans cette région d'un trou ou perçage 18e Entourant le perçage 18 et soudée sur la face extérieure de la par-5 tie centrale du diaphragme 17, on prévoit une cale ou entretoise tubulaire 19° Cette cale 19 est constituée par un matériau i-solant du point de vue électrique (et peut être par exemple constituée par de l'alumine, de la céramique ou de l'oxyde de béryllium) et est fermée au niveau de son extrémité extérieure par un 10 organe de connexion 20 entre lequel et la seconde des deux régions s'étendant vers l'intérieur de la pastille 5 à partir de la face 6 de cette dernière, on prévoit un organe de liaison électrique 21 se présentant sous la forme d'un ressort de compression. 15 II est évident qu'en appliquant une force de compression transversalement par rapport à l'organe de connexion 20 et au diaphragme 3, on établit un contact électrique efficace entre le premier diaphragme 3 et la face 4- de l'élément semi-conducteur 5, entre la partie 11 de l'élément conducteur 10 et la 20 première des deux régions de l'élément 5, et entre l'organe de liaison électrique 21 et la seconde.des- deux régions de l'élément 5. Comme on peut s'en rendre compte en se référant à la figa1, le dispositif 1 constitue l'un des dispositifs d'une paire de 25 dispositifs 1 et 2, la partie 12 de l'élément conducteur 10 de chaque dispositif de la paire constituant le premier diaphragme 3 de l'autre dispositif. De plus, il est à noter que les corps 7 des dispositifs sont rendus solidaires ou font partie intégrante l'un de l'autre de façon à former un unique corps com-30 mun. Cet unique corps commun présente une configuration en forme de plateau ou de plaquette et est représenté en"vue en plan sur la fig. 3• Comme on peut s'en rendre compte en se référant à cette figure, ce corps comporte une paire de trous ou de perçages 30 dans lesquels sont placées les pastilles semi-conductrices cor-35 respondantes 5 visibles sur la fig. 1. Une région 31 entourant ces perçages est métallisée de façon à pouvoir être associée par soudure à la surface périphéri^de la partie 12 (c'est-à-dire au diaphragme 3 de l'autre dispositif) èt à la partie .13 de l'é-lémént conducteur 10. 40 Des trous ou perçages supplémentaires 32 sont ménagés à COPY 70 15620 6 2040446 l'extérieur des périphéries des diaphragmes de façon à constituer des passages ou conduits traversant le eorps pour permettre d'y établir une circulation d'un fluide de refroidissement et (ou) ■une liaison électrique 0 5 Pour augmenter la longueur du trajet de circulation sur la face du corps, ce dernier peut être muni d'une "bride ou d'une collerette circulaire 33 comme le montre plus particulièrement la fig. 1. Selon un autre mode de réalisation, le corps peut présenter 10 en plan la configuration visible sur la fig. 4 et ne nécessitant aucune explication supplémentaire. La paire de dispositifs 1 et 2 constitue un circuit électrique représenté schématiquement sur la fig. 5 dans lequel le dispositif 1 est représenté affecté de l'indice 1 et le dispo-15 sitif 2 affecté de l'indice 2. Des paires de dispositifs tels que ceux décrits ci^-avant peuvent être montées de façon à former un empilage tel que celui visible sur la fig. 6 dans laquelle on a désigné par 40 les paires de dispositifs 1 et 2 visibles sur la fig. 1* 20 Entre chaque paire de dispositifs on prévoit' de placer un ensemble 41 d'organes conducteurs dont chacun comporte tua conducteur 42 appliqué contre l'organe de connexion conducteur 20 du dispositif correspondant et un conducteur 43 appliqué contre le diaphragme 3 du dispositif qui est le suivant dans l'empilage, 25 respectivement au-dessus et au-dessous du dispositif dont l'organe de connexion conducteur 20 est en contact avec le conducteur 42. Les extrémités des conducteurs 42 et 43 pris entre les dispositifs sont séparés par un élément isolant 44 et l'ensemble de l'empilage est comprimé élastiquement par une rondelle 43 du 30 type Belleville qui permet d'appliquer transversalement par rapport aux dispositifs une force destinée à assurer line liaison de transfert d'électricité et de chaleur convenable ou suffisante entre les faces des pastilles et les diaphragmes. Des modifications peuvent être apportées aux modes de réa-35 lisation décrits, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention.» 70 15620 7 2040446 REVENDICATIONS 1. Dispositif semi-conducteur, caractérisé en ce qu'il comprend un corps plan constitué par un matériau isolant du point de vue électrique et comportant deux faces principales opposées dans 5 chacune desquelles se trouve l'une des extrémités d'un trou ou perçage traversant le corps, une pastille semi-conductrice placée dans ce perçage et comportant deux faces principales opposées, un premier diaphragme constitué par un matériau conducteur de l'électricité et de la chaleur, fixé hermétiquement sur une première 10 des faces principales opposées du corps et obturant l'extrémité du perçage débouchant dans cette première face principale, le côté du diaphragme faisant face à ce perçage étant en contact mais n'étant pas fixé sur une première des faces principales.de la pastille, un organe formant bride ou collerette fixé hermétique-15 ment contre la seconde des faces principales opposées du corps et entourant l'extrémité du perçagë débouchant dans cette seconde des faces principales opposées, et un second diaphragme fixé hermétiquement par sa périphérie à la paroi ou l'aile de l'organe formant bride ou collerette, ce second diaphragme étant connecté 20 électriquement mais n'étant pas fixé à la seconde des faces principales de la pastille, le montage étant tel que le corps fait saillie vers l'extérieur au delà des périphéries des deux diaphragmes et qu'on obtient, lors du fonctionnement, une liaison de transfert de l'électricité^ cte la chaleur convenable ou suffisan-25 te entre les faces de la pastille et les diaphragmes en appliquait une force transversale par rapport à ces diaphragmes. 2. Dispositif semi-conducteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe formant bride ou collerette comporte une première aile ou paroi par l'intermédiaire de laquelle 30 cet organe formant collerette est fixé hermétiquement sur le corps et une seconde aile ou paroi qui constitue la paroi contre laquelle le second diaphragme est fixé hermétiquement par sa périphérie. 3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé-en ce que l'organe formant bride ou collerette et (ou) le premier 35 diaphragme est fixé au corps par de la soudure. 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on prévoit d'interposer entre l'organe formant bride ou collerette et le corps un élément conducteur comportant une première partie en forme de languette fai- 40 sant saillie vers l'intérieur du perçage de façon à se trouver 70 15620 8 2040446 entre le second diaphragme et la seconde des faces principales de la pastille et établissant une liaison électrique entre cette face principale de la pastille et le second diaphragme, et une seconde partie faisant saillie vers l'extérieur du dispositif de 5 façon à établir une connexion électrique externe par rapport à la première partie. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pastille comporte trois a>-nes ou régions présentant des types de conductibilité différents, 10 séparées les unes des autres par une jonction de type P-ÎI associée, l'une de ces régions s'étendant vers l'intérieur de l'élément à partir de ladite première des faces principales opposées et les deux autres régions s'étendant toutes deux vers l'intérieur de la pastille par rapport à ladite seconde des faces principales 15 opposées, une première de ces deux régions entourant la seconde de ces deux régions, la première partie de l'élément conducteur ne s'appliquant alors que contre cette première de ces deux régiœs de l'élément. 6„ Dispositif suivant la revendication 5» caractérisé en ce 20 que la première partie de l'élément conducteur comporte un trou ou perçage la traversant et pair lequel s'étend un organe de liaison électrique vis-à-vis de la seconde de ces deux régions de la pastille. 7o Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce 25 que le second diaphragme comporte également un trou ou perçage le traversant et par lequel s'étend également l'organe de liaison électrique. 8. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'on prévoit une cale ou une entretoise de forme tubulaire qui 30 entoure le perçage ménagé dans le second diaphragme, l'une des extrémités de cette cale ou entretoise de forme tubulaire étant fixée hermétiquement au secohd diaphragme et son autre extrémité étant fermée hermétiquement par un organe de connexion entre lequel et la seconde des deux régions de la pastille s'étend l'or-35 gane de liaison électrique» 9. Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'organe de liaison électrique est compressible élastiquement, un contact électrique efficace pouvant alors être établi entre le premier diaphragme et la première des faces principales opposées 40 de la pastille, entre la première partie de l'élément conducteur 70 15620 9 2040446 et la première des deux régions de la pastille et entre 1*organe de liaison électrique et la seconde des deux régions de la pastille en appliquant une force transversale sur l'organe de connexion et le premier diaphragme. 5 10. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps (et la cale ou entretoise lorsqu'elle est prévue) sont constitués soit par une matière céramique, soit par de l'oxyde de béryllium. 11. Paire de dispositifs semi-conducteurs dont chacun est 10 réalisé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la seconde partie de l'élément conducteur faisant partie de chacun des dispositifs constitue le premier diaphragme de l'autre dispositif de la paire. 12. Paire de dispositifs semi-conducteurs suivant la revenir dication 11, caractérisée en ce que les corps des deux disposiiift sont rendus solidaires ou font partie intégrante l'un de l'autre, de façon à constituer un corps unique. 15. Paire de dispositifs semi-conducteurs suivant la revendication 12, caractérisée en ce que le corps uni.que comporte des 20 trous ou perçages le traversant et prévus à l'extérieur des diaphragmes. 14. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10 ou paire de dispositifs semi-conducteurs suivant l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé-- en.ce que le 25 corps est muni d'une bride ou collerette périphérique. 15» Empilage de paires de dispositifs semi-conducteurs suivant l'une quelconque des revendications 11 à 13 ou suivant la revendication 14 dans la mesure où elle dépend de l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que les paires 30 de dispositifs sont montées les unes au-dessus des autres,, un ensemble conducteur étant prévu entre chaque paire et comportant une paire d'organes conducteurs dont l'un est en contact avec l'organe de connexion de 1*tin des dispositifs d'une paire et dont l'autre est en contact avec le diaphragme de l'un des dispositifs 35 placés immédiatement au-dessous de cette paire dans l'empilage, ces organes conducteurs étant séparés pair des cales ou entretoises constituées par m. matériau isolant du point de vue électrique.