Brevet FR2099710A1 — publié le 19720317

La présente invention concerne un redresseur haute-tension à semi-conducteurs, dans lequel un certain nombre de pastilles de semi-conducteur sont disposées dans un élément de support en matériau isolant, interconnectées électriquement par l'intermédiaire 5 dTéléments de contact et enfermées dans un boîtier. On connaît déjà des redresseurs haute-tension à semi-conducteurs, dans lesquels des composants semi-conducteurs individuels encapsulés dans des ampoules de verre sont alignés sur une barrette en matière plastique, après quoi l'ensemble ainsi obtenu est scel-10 lé dans un tube en matière plastique. Il est, en outre, connu de monter un ensemble redresseur haute-tension à partir dTéléments individuels encapsulés et disposés sur des plaques de refroidissement, en utilisant des pièces d'assemblage appropriées. 15 II est également connu de disposer des éléments individuels encapsulés de l'un des côtés d'une plaque de support en matière plastique présentant des perçages de telle manière que les fils de connexion puissent être enfilés à travers les perçages et reliés entre eux du côté arrière pour former un montage électrique en sé-20 rie. Enfin, on connaît aussi des dispositifs dans lesquels des composants semi-conducteurs en forme de disque encapsulés sont empilés dans un tube en produit céramique et sont maintenus fortement appliqués les uns contre les autres et en même temps mis en contact 25 au moyen de ressorts hélicoïdaux disposés aux deux extrémités de ce tube. Les dispositifs construits avec des éléments individuels encapsulés sont très encombrants et entraînent une dépense considérable en matériaux et en temps de fabrication. Un montage empilé 30 d'éléments individuels encapsulés présente, généralement, des conditions de dissipation de chaleur défavorables et, par conséquent, une possibilité de surcharge réduite, et donne lieu fréquemment à des difficultés d'obtention d'une mise en contact irréprochable. Dans un autre dispositif connu, un certain nombre de piles d' 35 éléments de redresseur parallèles de faible hauteur sont serrées entre deux barrettes. Chaque pile d'éléments de redresseur est maintenue au moyen d'un ressort de compression et la mise en contact ainsi que l'interconnexion électrique des piles est assurée par des plaques sous-jacentes. Cette disposition connue ne remplit, toute-40 fois, pas dans tous les cas les conditions imposées au point de vue 7127582 2 2099710 rentabilité et tensions de service pouvant être obtenues. Les défauts ci-dessus mentionnés des agencements connus de redresseurs haute-tension à semi-conducteurs sont évités avec le dispositif suivant l'invention. En outre, l'utilisation de parties 5 constituantes pouvant être fabriquées d'une manière particulièrement rationnelle rend possible une construction remarquablement simplifiée et une fabrication notablement plus économique de redresseurs haute-tension. L'invention réside en ce que l'élément de support en matériau 10 isolant est réalisé sous la forme d'une barrette et présente au moins une rangée d'évidements d'une section adaptée à la superficie des pastilles de semi-conducteur, en ce que pour assurer la mise en contact et l'interconnexion des pastilles de semi-conducteur disposées dans les évidements,il est prévu une barrette de contact 15 en matériau isolant présentant des trous disposés de manière à pouvoir être alignés avec les évidements précités et adaptés à ceux-ci, ladite barrette de contact étant métallisée sur la surface intérieure des trous et autour de ceux-ci, en ce que sur la barrette de contact sont disposées des plaquettes métalliques conduc-20 trices dont certaines relient entre eux, chacune, deux trous adjacents associés aux côtés de contact qui doivent être interconnectés pour l'établissement du montage en série nécessaire de deux pastilles de semi-conducteur successives et dont les autres relient 1' une et/ou l'autre des extrémités du montage en série avec des métal-25 lisations disposées à l'extrémité de la barrette de contact et servant de bornes de branchement de conducteurs, en ce que de chaque côté de l'élément de support, une barrette de contact est disposée de telle manière que la métallisation de chaque trou soit appliquée contre une pastille de semi-conducteur et que les plaquettes con-30 ductrices établissent les liaisons électriques des pastilles de semi-conducteur convenablement orientées dans le cadre du montage en série et en ce que l'ensemble, constitué par l'élément de support et les barrettes de contact, est maintenu serré à chacune de ses deux extrémités au moyen d'une pièce de contact métallique em-35 boîtée, est soudé à tous les emplacements de contact et est disposé dans un boîtier. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen du dessin joint qui en représente, à titre d'exemple non limitatif, plusieurs modes de réalisation. 40 Sur ce dessin : 7127582 3 2099710 la figure la est une vue du dessus et la figure 1b une vue en coupe d'un élément de support en matériau isolant permettant d' aligner des composants semi-conducteurs en.forme de pastille ; la figure 2a est une vue du dessus et la figure 2b une vue en 5 coupe d'un élément,de contact en forme de bande destiné à assurer la mise en contact des éléments individuels alignés ; la figure 3 représente l'ensemble comprenant l'élément de support et des éléments de contact disposés de part et d'autre de ce-lui-ci, ensemble qui fait l'objet de l'invention, et 10 la figure 4 représentée en coupe une autre forme d'exécution d'un élément de support en matériau isolant destiné à recevoir des pastilles de semi-conducteur. Sur ces différentes figures, les éléments correspondants sont désignés par les mêmes références numériques. 15 L'élément de support en matériau isolant 1 en forme de barret te représenté sur la figure la qui est, par exemple, de section droite rectangulaire, présente des évidements circulaires 2 disposés le long de son axe longitudinal et destinés à recevoir le nombre, prévu pour le montage en série envisagé, de pastilles de semi-20 conducteur 4 pouvant être mises en contact. En ce qui concerne 1' espacement des évidements 2, l'établissement d'une distance d'isolement suffisante entre les côtés de contact adjacents et qui sont à des potentiels différents de pastilles de semi-conducteur successives est déterminante. La section des évidements 2 est adaptée à 25 la superficie des pastilles de semi-conducteur 4 qui sont avantageusement constituées par un disque semi-conducteur de part et d' autre duquel sont fixés des disques métalliques de contact, de telle manière que ces pastilles, dont la surface périphérique est, par exemple, revêtue d'une laque de "protection, puissent être insé-30 rées à frottement dur. La longueur de l'élément de support en matériau isolant 1 est fonction de la répartition spatiale du nombre d'évidements 2 prévus. Son épaisseur est déterminée par celle des pastilles de semi-conducteur prévues, compte tenu de considérations techniques de fabri-35 cation. L'élément de support isolant 1 est en un matériau électriquement isolant, tel qu'un produit céramique ou une matière plastique. Le matériau est déterminé, dans chaque cas particulier, par les exigences imposées en ce qui concerne le comportement thermique, la 40 résistance aux courants de fuite superficiels et la tension de char 7127582 4 2099710 ge limite. Si l'on utilise un produit céramique, il s'est avéré avantageux de choisir un produit céramique à base d'oxyde. Si l'on utilise des matières plastiques, il est particulièrement indiqué de choisir des résines époxydes ou des résines de mélamine. Ces 5 dernières peuvent, en outre, être renforcées avec des fibres de verre pour améliorer leurs propriétés électriques et thermiques. En outre, pour améliorer la résistance aux courants de fuite superficiels, la matière plastique peut encore être laquée et, de plus, peut présenter entre les-—— évidements adjacents des nervures 10 ou des rainures s'étendant transversalement. La figure lb représente en coupe l'agencement d'une pastille de semi-conducteur 4 insérée dans un évidement 2 de l'élément de support en matériau isolant 1 et qui, dans l'exemple représenté, , fait saillie des deux côtés. Cette pastille est avantageusement 15 fixée par frottement dur, ce qui suffit pour la maintenir lors de sa mise en contact, de telle façon que les côtés de contact à interconnecter de deux pastilles de semi-conducteur adjacentes puissent être électriquement montés en série d'une manière avantageuse au moyen d'une plaquette conductrice en forme de maillon. 20 A cet effet, on utilise l'élément de contact 11 (figure 2a) réalisé sous forme de bande et qui a été désigné ici sous le nom de "barrette de contact". La barrette de contact 11 présente des trous 12 dont la section est, de préférence, plus petite que celle des évidements 2 de l'élément de support en matériau isolant et 25 dont le nombre et la disposition relative sont tels que chacune d' entre elles soit alignée et centrée par rapport à l'un desdits évidements lorsque l'élément de support en matériau isolant et la barrette de contact 11 sont appliqués l'un contre l'autre de manière à coïncider. Dans la surface intérieure des trous 12 et au moins 30 dans la'zone entourant immédiatement chacun de ceux-ci, la barrette de contact 11 est métallisée par exemple à la manière des panneaux de circuit imprimé. En outre, elle présente, à l'une de ses extrémités et sur l'un de ses côtés, pour permettre le branchement d'un conducteur extérieur, dans le cadre du montage en série, une métal-35 lisation 14 ainsi qu'une plaquette conductrice en forme de bande s'étendant entre cette métallisation et le trou 12 le plus proche. Pour le montage en série des pastilles de semi-conducteur par paire, les métallisations des trous 12 associés correspondants sont reliées entre elles par des plaquettes conductrices 13. L'étendue des 40 métallisations autour des trous 12 correspond sensiblement à la su 7127582 2099710 perficie des pastilles de semi-conducteur prévues. L'épaisseur des plaquettes conductrices 13, qui sont en un matériau bien soudant et de préférence en cuivre, n'est pas critique, car.elles reçoivent ensuite une couche de soudure lors du soudage par immer-5 sion prévu pour la mise en contact et l'interconnexion électrique des pastilles de semi-conducteur 4. La barrette de contact 11 peut éventuellement être en un produit céramique, mais elle est, toutefois, de préférence en matière plastique et, par exemple, en une matière utilisable pour la fabri-10 cation de panneaux de circuit imprimé. Sur la figure 2b, la barrette de contact'11 est représentée en coupe à travers un trou 12. La métallisation prévue sur l'un des côtés de la barrette de contact s'étend jusque sur l'autre côté, par l'intermédiaire de la surface intérieure des trous. Il 15 subsiste ainsi une ouverture plus petite que la surface des pastilles de semi-conducteur et qui forme, lors de la mise en contact par soudage qui s'effectue, de préférence, par immersion dans un bain de soudure, un canal permettant à la soudure d'atteindre les surfaces de contact des pastilles de semi-conducteur. 20 La figure 3 représente en coupe un ensemble comprenant l'élé ment de support en matériau isolant 1 et des barrettes de contact t 11 disposées de part et d'autre de celui-ci, ensemble qui fait 1' objet de l'invention. L'étendue longitudinale peut être choisie à volonté comme indiqué par une solution de continuité des bords 25 longitudinaux. Dans l'élément de support en matériau isolant 1 sont insérées des pastilles de semi-conducteur 4 alternativement orientées électriquement dans un sens et dans l'autre, comme indiqué par les petits triangles. Pour assurer leur mise en contact, sur chacun des côtés de l'élément de support en matériau isolant est 30 appliquée surface contre surface une barrette de contact 11 et ceci de telle manière que les plaquettes conductrices 13 s'étendent du côté opposé à l'élément de support en matériau isolant et que les trous 12 soient appliqués surface contre surface par leur métallisation sur les côtés de contact des pastilles de semi-con-35 ducteur 4 et soient alignés et centrés par rapport à celles-ci. Dans la forme d'exécution représentée sur la figure 2a de la barrette de contact, celle-ci est disposée du côté droit de l'élément de support en matériau isolant 1. L'agencement des barrettes de contact 11 et la disposition des métallisations 14 et des plaquet-40 tes conductrices 13 sont déterminés par le nombre et la répartition 7127582 6 2099710 des pastilles de semi-conducteur. Pour un nombre impair de pastilles de semi-conducteur, les deux barrettes de contact sont identiques et sont disposées en symétrie optique par rapport à l'axe transversal de l'élément de support en matériau isolant, de sorte 5 que la première borne de connexion de conducteur extérieur du montage en série est constituée, par exemple, par la métallisation 14 de la barrette de contact 11 disposée du côté droit sur l'élément de support en matériau isolant, tandis que l'autre borne de connexion de conducteur extérieur est constituée par la métallisation 10 14 qui se trouve à l'extrémité opposée de la barrette de contact, disposée du côté gauche de l'élément de support. La possibilité d' utiliser les barrettes de contact 11 d'un côté ou de l'autre de 1' élément de support en matériau isolant, offerte par cette disposition, constitue un autre avantage de l'objet de l'invention. Pour 15 un nombre pair de pastilles de semi-conducteur, par contre, l'une des deux barrettes de contact présente une métallisation 14 à chacune de ses extrémités avec des plaquettes conductrices 13 intermédiaires, tandis que l'autre barrette de contact est exclusivement munie de plaquettes conductrices 13. 20 Sur chacune des parties extrêmes de l'ensemble allongé repré senté sur la figure 3 est emboîtée une pièce de contact 21, par exemple, en forme d'U ou en forme de godet, qui maintient serré 1' élément de support en matériau isolant 1 et les barrettes de contact 11 d'une manière facilitant l'exécution d'un processus de sou-25 dage ; dans le dispositif fini, ces pièces de contact relient chacune l'un des pôles du montage en série à un élément métallique à l'extrémité associée du boîtier. Les extrémités des branches de la pièce de contact peuvent être repliées vers l'extérieur pour faciliter leur emboîtement. 30 Les barrettes de contact peuvent, en outre, être agencées et disposées de telle manière que les plaquettes conductrices 13 s' étendent sur le côté tourné vers l'élément de support en matériau isolant et les métallisations 14 sur le côté opposé à l'élément de support en matériau isolant. 35 En outre, les barrettes de contact peuvent être agencées de telle manière qu'en remplissant les trous 12 de métal de soudure, on obtienne des éléments de contact en forme de cheville qui sont appliqués contre les côtés de contact des pastilles de semi-conducteur, et de telle manière qu'en appliquant une couche de soudage 40 sur les pastilles de semi-conducteur et sur les métallisations, par 7127582 7 2099710 un traitement thermique auquel l'ensemble constitué par l'élément de support en matériau isolant et les barrettes de contact est soumis, on obtienne une liaison solide à tous les emplacements de contact de l'ensemble. 5 Des développements avantageux de l'objet de l'invention rési dent en ce que les évidements 2 de l'élément de support en matériau isolant 1 peuvent être disposés en rangées et colonnes avec ou sans décalage et en ce que les barrettes de contact 11 peuvent présenter, en ce qui concerne les trous 12 une configuration adaptée à 10 la disposition des évidements. Une autre variante représentée sur la figure 4 réside en ce qu'un élément de support en matériau isolant 31 présente des évidements 32 pratiqués dans ses côtés opposés et ceci de telle manié- _ re que chacun des évidements prévus sur un côté coopère avec l'évi-15 dement opposé prévu sur l'autre côté pour assurer l'alignement spa-cial et le montage électrique en série de deux pastilles de semiconducteur. Les évidements opposés 32 de chaque paire communiquent entre eux par un perçage 33. Pour assurer la fixation des pastilles de semi-conducteur et leur liaison galvanique mutuelle, les surfa-20 ces prévues à cet effet des évidements 32 et le perçage 33 associé sont muni d'une métallisation continue (34, 35 )>« Sur chacun des deux côtés de l'élément de supports, les côtés de contact extérieurs des pastilles de semi-conducteur sont mis en contact et interconnectés par paire, suivant l'invention, au moyen de barrettes de 25 contact appliquées contre eux. Suivant un autre exemple d'exécution avantageux de l'objet de l'invention, celui-ci est agencé de telle manière que l'une des deux barrettes de contact 11 serve en même temps d'élément de support de pastilles de semi-conducteur, les trous de cette barrette 30 de contact,qui servent d'évidements destinés à recevoir des pastilles de semi-conducteur, étant alors adaptés à celles-ci, et que les deux barrettes de contact reliées, par l'intermédiaire de pastilles de semi-conducteur convenablement interposées, forment un redresseur haute-tension suivant l'invention. 35 Pour assurer la disposition relative correcte des divers élé ments en forme de bande, ceux-ci peuvent présenter des marques de repère telles que des encoches pratiquées sur les arêtes qui doivent coïncider. Le dispositif suivant l'invention permet également de réaliser 40 d'une manière simple des redresseurs haute-tension suivant toute 7127582 8 2099710 combinaison de montage désirée. Par exemple, si l'on désire obtenir un montage en étoile triphasé, l'élément de support en matériau isolant 1 peut présenter trois rangées parallèles d'évidements 2, 32. D'une manière analogue, chaque côté de l'élément de support peut 5 être garni d'une ou de trois barrettes de contact convenablement adaptées de façon qu'on obtienne trois montages en série indépendants destinés à être reliés électriquement entre eux d'une manière appropriée. Pour fabriquer un dispositif redresseur suivant l'invention, lû on garnit un élément de support en matériau isolant 1 de pastilles de semi-conducteur 4. Ensuite, on applique de chaque côté, surface contre surface, une barrette de contact adaptée et ceci de telle manière que la métallisation des trous 12 coïncide avec les côtés de contact des pastilles de semi-conducteurs respectives associées. 15 Les éléments empilés en un ensemble en forme de barrette sont maintenus assemblés par emboîtement d'une pièce de contact 21 à chacune des extrémités. Par immersion de l'ensemble dans un bain de soudure, toutes les pastilles de semi-conducteur sont mises en contact simultanément avec leurs plaquettes conductrices 13 associées et, en ou-20 tre, reliées solidement à la pièce de contact. Après vérification électrique, l'ensemble suivant l'invention est encapsulé d'une manière connue en soi. On obtient une fabrication plus avantageuse en préparant à 1' avance des éléments de support en matériau isolant.et des barrettes 25 de contact de grande longueur, et en prévoyant le long de ces éléments et de ces barrettes des marques de découpage correspondantes, en procédant à l'assemblage et à la mise en contact de la manière précédemment décrite et enfin, en procédant à un découpage à l'a longueur hors tout déterminée par le montage désiré. 7127582 9 2099710 REVENDICATIONS 1) Redresseur haute-tehsion à semi-conducteurs, dans lequel un certain nombre de pastilles de semi-conducteur sont disposées dans un élément de support en matériau isolant, interconnectées 5 électriquement par l'intermédiaire d'éléments de contact et enfermées dans un boîtier, ledit redresseur étant caractérisé en ce que l'élément de support en matériau isolant est réalisé sous la forme d'une barrette et présente au moins une rangée d'évidements dont la section est adaptée à la superficie des pastilles de semi-con-10 ducteur, en ce que pour assurer la mise en contact et l'interconnexion des pastilles de semi-conducteur disposées dans les évidements, il est prévu une barrette de contact en matériau isolant qui présente des trous disposés de manière à pouvoir coïncider avec les évidements et adaptés à ceux-ci, ladite barrette de con-1$ tact étant métallisée sur la surface intérieure et autour desdits trous, en ce que sur la barrette de contact sont disposées des plaquettes conductrices métalliques séparées dont certaines relient entre eux, chacune, les côtés de contact qui doivent,être interconnectés pour établir le montage en série nécessaire de deux pas-20 tilles de semi-conducteur successives, tandis que les autres relient l'une et/ou l'autre des extrémités du montage en série avec des métallisations disposées à l'extrémité de la barrette de contact et qui servent de bornes de connexion de conducteur, en ce que sur chacun des côtés de l'élément de support en matériau iso-25 lant une barrette de contact est appliquée de telle manière que la métallisation de chacun des trous soit appliquée contre une pastille de semi-conducteur et que les plaquettes conductrices établissent les liaisons électriques des pastilles de semi-conducteur disposées avec une orientation appropriée dans le cadre du montage en 30 série, et en ce que l'ensemble constitué par l'élément de support en matériau isolant et les barrettes de contact est maintenu serré à chacune de ses deux extrémités au moyen d'une pièce de contact métallique emboîtée, est soudée à tous les emplacements de contact et disposé dans un boîtier. 35 2) Redresseur haute-tension à semi-conducteurs suivant la re vendication 1, caractérisé en ce que les évidements de l'élément de support en matériau isolant sont disposés en rangées et colonnes avec ou sans décalage, et en ce que les barrettes de contact présentent, en ce qui concerne leurs trous une configuration adaptée ijO à la disposition des évidements. 7127582 10 2099710 3) Redresseur haute-tension à semi-conducteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, sur les côtés opposés d'un élément dé support en matériau isolant des évidements sont pratiqués de telle manière que chacun des évidements situés de l'un des 5 côtés coopère avec 1'évidement opposé prévu de l'autre côté pour assurer l'alignement spatial et le montage électrique en série de deux pastilles de semi-conducteur, lesdits évidements opposés communiquant entre eux par l'intermédiaire d'un perçage et étant métallisés d'une manière propre à assurer la fixation des pastilles 10 de semi-conducteur et leur liaison galvanique mutuelle. 4) Redresseur haute-tension à semi-conducteurs suivant une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément de support en matériau isolant est en un produit céramique ou en une matière plastique. 15 5) Redresseur haute-tension à semi-conducteurs suivant une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, pour assurer le montage en série d'un nombre impair de pastilles de semi-conducteur, les deux barrettes de contact sont munies des mêmes plaquettes conductrices et, à l'une de leurs extrémités, d'une 20 métallisation servant de borne de connexion de conducteur. 6) Redresseur haute-tension à semi-conducteur suivant une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, pour assurer le montage en série d'un nombre pair de pastilles de semiconducteur, l'une des barrettes de contact présente uniquement les 25 plaquettes conductrices nécessaires pour assurer l'interconnexion par paire des côtés de contact des pastilles de semi-conducteur successives, tandis que l'autre barrette de contact présente à la fois de telles plaquettes conductrices et, à chacune de ses deux extrémités, une métallisation servant de borne de connexion de 30 conducteur. 7) Redresseur haute-tension à semi-conducteurs suivant une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les barrettes de contact sont en un produit céramique ou en une matière plastique. 35 8) Redresseur haute-tension à semi-conducteurs suivant une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'au moins l'une des barrettes de contact est destinée à servir en même temps d'élément de support de pastilles de semi-conducteur et en ce que les trous de cette barrette de contact, qui servent d'évidements 40 destinés à recevoir des pastilles de semi-conducteur, sont adaptés 7127582 ii 2099710 à celles-ci. 9) Redresseur haute-tension à semi-conducteurs suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce de contact métallique emboîtée sur l'ensemble constitué par l'élément de support en maté- 5 riau isolant et par les barrettes de contact est agencé en forme d' U et est en un matériau élastique. 10) Redresseur haute-tension à semi-conducteurs suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce de contact métallique emboîtée sur l'ensemble constitué par l'élément de support en maté- 10 riau isolant et par les barrettes de contact est agencée en forme de godet.