Brevet FR2083557A1 — publié le 19711217

Les composants semiconducteurs, et en particulier les ..composants redresseurs à fort débit de courant, sont- avantageusement susceptibles d'être utilisés, du fait de leur construction en général symétrique, avec divers dispositifs de refroidissement et per-5 mettent une évacuation optimale des pertes par chaleur des deux côtés du semiconducteur.. On connaît des dispositifs dans lesquels le disque semiconducteur,. auquel sont fixées, de chaque,côté, des plaques: de contact faites dans un matériau ayant à peu près le même coefficient de di-10 latation thermique que le matériau semiconducteur, est inséré de manière étanche aux gaz entre deux tôles de contact en forme de membrane qui pénètrent dans un corps isolant en forme d'anneau et sont fixées à celui-ci par soudure. Les surfaces des tôles de contact extérieures au boîtier servent au contact par surface d'élé-15 ments conducteurs .de courant. On connaît aussi des réalisations dans lesquelles les régions marginales des plaques de contact fixées de chaque côté du disque semiconducteur sont reliées, par brasure ou soudure, par l'intermédiaire de tôles de liaison en forme d'anneau circulaire, à un 20 corps annulaire en matière isolante, les surfaces frontales libres des plaques de contact servant ici encore au contact avec les pièces conductrices de courant. D'autres dispositions connues comportent, à la place d'un corps annulaire isolant unique, deux anneaux isolants coaxiaux et alignés, 25 lesquels sont, chacun, solidement assemblés par .leurs surfaces affrontées au moyen d'un disque.annulaire métallique qui déborde vers l'extérieur et, si besoin est, vers l'intérieur aussi. Dans d'autres composants semiconducteurs connus, en forme de disque, les tôles, de contact, prévues pour servir de plaques de cou-30 verture du boîtier, et réalisées avantageusement sous forme de membranes, sont maintenues par leur bordure sur un anneau en matière isolante et,, en conservant une distance-d'isolation convenable entre elles, sont fixées solidement à celui-ci au moyen de pièces mécaniques adéquates, par exemple au moyen d'un ressort annulaire. 35 Ces réalisations connues impliquent, pour l'exécution du.boî tier en forme de disque, un nombre relativement élevé de pièces et d'opérations de fabrication. Il subsiste.aussi un risque de détérioration des propriétés physiques et électriques du disque semiconducteur lors.de-l'exécution des soudures faites pour la fermeture 40 du boîtier, et enfin, à cause de la conformation spéciale du boitier, 71 084^6 2 2063557 une disposition spéciale des -pièces de contact attenantes est nécessaire. Le- composant semiconducteur conforme à l'invention ne présente pas ces inconvénients, et il permet de plus une construction simple 5 de l'ensemble des pièces du boîtier,, tout, en permettant d'envelopper le disque semiconducteur de manière.étanche et sans avoir à exposer celui-ci à l'influence nuisible d'opérationsde soudure. L'invention concerne un composant semiconducteur-en forme de disque dans lequel deux pièces latérales métalliques, également des-10 tinées à assurer le contact avec des éléments conducteurs venant de l'extérieur, et un corps annulaire, en matière isolante, fixé entre les bordures desdites pièces latérales constituent un boîtier, dans lequel est inséré, entre lesdites pièces latérales, un corps semiconducteur avec ses électrodes de contact ; elle concerne, de plus 15 un procédé pour la fabrication d'un tel composant semiconducteur. Selon l'invention, l'une des deux pièces latérales, de surface plus petite que l'autre , forme avec le corps annulaire, par liaison soudée avec une surface frontale de celui-ci un élément en forme de cuvette, ledit corps présente sur-sa surface extérieure, un relief s' 20 étendant sur tout son pourtour, l'autre pièce latérale, en forme de coupelle, est emboîtée sur ledit corps et; sertie sur.ledit relief, tandis qu'une rainure creusée dans la surface frontale dudit corps . affrontée à cette seconde pièce latérale, sert de logemenfe à un joint torique d'étanchéité. 25 Le procédé -de l'invention est caractérisé,en ce que la pièce latérale de plus petite surface est fixée, par soudure à la surface frontale correspondante aménagée à cet effet du corps annulaire, en ce que dans l'élément en forme de cuvette ainsi constitué, on introduit le disque semiconducteur muni.de-plaques de.contact rapportées 30 sur seq deux faces, on insère ensuite dans la rainure de l'autre surface, frontale du corps annulaire un joint.d'étanchéité, et enfin on fixe la. pièce, latérale en forme de coupelle, sous tension mécanique, . par sertissage de-son bord sur le relief dudit corps. . On va maintenant dedrire et expliquer le mode de construction 35 et de fonctionnement de l'objet de l'invention en référence aux dessins annexés dans lesquels les figures 1 et 3 sont des vues en coupe de deux formes de réalisation choisies à titre d'exemple, tandis que les figures 2 et 4 sont des' vues respectivement associées aux précédentes et montrant les dispositifs correspondants en cours de monta-40. ge. 71 08446 3 2083557 Selon la figure 1, un disque semiconducteur 1, comportant au moins une jonction pn, est fixé solidement, des deux côtés, à des plaques de contact 2,3, faites en un matériau d'un coefficient de dilatation thermique voisin de celui du semiconducteur, lesquelles 5 présentent une extension de surface apte à une évacuation optimale, de chaque côté, des pertes en chaleur dans le disque semiconducteur 1. Les plaques de contact peuvent avoir le même diamètre et la même épaisseur. L'intervalle d'air subsistant entre elles, et dans lequel se trouve la surface extérieure du disque semiconducteur arec 10 la zone de sortie de la jonction pn, est rempli d'une laque protectrice pour la protection de la surface extérieure du semiconducteur. La tablette semiconductrice constituée par les plaques de contact 2,3 et par le disque semiconducteur est libre, mais elle est intercalée, par ses deux faces, entre les pièces latérales de boîtier 15 5,6. Les deux pièces latérales, dont la première, inférieure, 6 possède une extension de surface plus grande et constitue la pièce de base, et dont la seconde, supérieure, 5, constitue la pièce de recouvrement, et sur lesquelles est prévue, grâce à une disposition adéquate des éléments de construction associés, le raccordement, 20 par contact, à la tablette semiconductrice, des éléments extérieurs au boîtier, sont faites en un matériau ductile et bon conducteur, tant électrique que thermique, par exemple en un métal noble, en cuivre ou en alliage fer-nickel-cobalt connu en soi. Les pièces latérales 5,6 forment ensemble, avec un corps d'eivébjçanent annulaire 4 25 en matière isolante qui est intercalé entre leurs bordures en vis-à-vis,. un boîtier pour la tablette semiconductrice 1» La pièce latérale 5 est solidement liée par brasage avec une zone métallisée 4b de 1'une des surfaces frontales du corps annulaire 4. Cette surface frontale peut avoir une forme.étagée adaptée à une zone limi-30 tée de soutien de la pièce latérale.Le corps annulaire 4 possède, sur sa surface convexe extérieure, par exemple dans le voisinage de la surface frontale opposée à la précédente, un élément de profil ou relief 4a soit en saillie, soit en creux dont la forme et la dimension sont déterminées en vue d'une fixation sans soudure, par . 35 sertissage, de la pièce inférieure 6.. Cette-pièce latérale inférieure, en forme de cuvette, guidée par le relief 4a, est emboîtée par dessus la surface frontale élargie du corps annulaire 4, et appli~ quée sur celle-ci, de telle manière que la surface de fond interne de ladite pièce latérale s'applique contre la surface frontale du 40 dit corps annulaire." La pièce latérale 6 est assujettie sous ten 71 08446 4 2083557 sion mécanique au corps annulaire 4, par sertissage de sa bordure 6b sur le relief 4a. Un joint torique 7, en matière élastique isolante, est placé dans une gorge de forme adéquate du corps annulaire, au dessus de la pièce latérale 6,.de manière à enclore la c tablette semiconductrice de façon étanche dans le boîtier. Les pièces latérales présentent, dans la région de leur surface située entre la tablette semiconductrice et la surface convexe extérieure du corps d'enveloppement, des déformations en forme d'arc 5a, 6a qui s'enfoncent par exemple dans le boîtier, et qui servent à la 10 compensation, par élasticité, des dilatations thermiques en fonctionnement du. dispositif, ainsi que, en tant que de besoin, au centrage de la tablette semiconductrice. Les plaques de contact 2,3 et les pièces latérales 5,6 présentent, dans les régions prévues pour la transmission de courant et 15 de chaleur, des surfaces planes, qui sont soumises à un traitement de surface si besoin est, afin de faciliter le raccordement avec des éléments de contact venant de l'extérieur. Le corps d'enveloppement 4 est fait de préférence en matériau céramique. Les plaques de contact 2,3 peuvent être constituées £0 par des disques en matériaux divers, par exemple par un disque intérieur de molybdène au contact direct du disque semiconducteur, et par tin disque extérieur en cuivre. Le relief 4a du corps d'enveloppement peut avoir une section rectangulaire ou ronde et être pourvue, en une région convenable de sa surface convexe, d'un évi-25 dement s'étendant concentriquement pour l'accrochage de la pièce latérale associée. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 3, les plaques de contact contigiies au disque semiconducteur forment en même temps, conformément à l'invention, par leur partie opposée au 30 disque semiconducteur, des éléments du boîtier, comportant des surfaces de contact pour des éléments de raccordement à l'extérieur du boîtier. A cet effet, les plaques de contact sont constituées par un disque de contact intérieur 2,3 de préférence en tungstène ou en molybdène, ou en un matériau approprié, par lequel elles repo-35 sent librement sur le disque semiconducteur par l'intermédiaire d' une feuille en métal noble 11, et par un disque de contact extérieur solidement fixé au disque de contact intérieur, lequel sert en même temps de pièce latérale de boîtier. La pièce latérale 8 est solidement fixée, par sa bordure étagée, par l'intermédiaire d'un 40 disque annulaire séparé 10, â la surface frontale 4b façonnée en 71 08446 5 2083557 conséquence, par exemple par soudure. La pièce latérale 9, opposée et servant de base, possède, en prolongement de sa surface, et par exemple dans le même plan que celle-ci une extension 9a en forme de disque annulaire. Son développement et l,extension de sa surface 5 sont déterminés en Vue du sertissage de sa bordure 9b sur l'élément de relief 4a, comme pour la pièce latérale 6 de la figure 1. La rondelle 10 possède dans la région située entre la pièce latérale 8 et le corps d'enveloppement 4 au moins une déformation en forme d'arc 10a. L'espace situé entre la face convexe interne du corps d'enve-10 loppement 4 et les plaques de contact 2,3 ou le disque semiconducteur 1, est occupé par un corps de remplissage 12 élastique, fait en une matière synthétique convenable, de préférence un caoutchouc de silicone, lequel sert aussi au centrage des pièces internes du boîtier disposées relativement libres, ainsi que, si besoin est, de 15 protection superficielle supplémentaire de la tablette semiconductrice. Le confinement étanche du disque semiconducteur 1 est obtenu au moyen d'un joint torique 7 inséré, entre la pièce latérale 9 et le corps d'enveloppement 4, dans une gorge 4c pratiquée dans ce dernier. 20 La forme du corps d'enveloppement 4 peut être cintrée à la surface frontale destinée à coopérer avec la pièce latérale 9, et être de plus arrondie en regard du bord extérieur de ladite pièce latérale. L'autre surface frontale du corps d'enveloppement desti-néé à la fixation par brasage est adaptée dans les dimensions de 25 sa forme étagée à celles de la pièce latérale associée. La hauteur du corps d'enveloppement 4 est légèrement réduite par rapport à celle de l'empilage constitué par le disque semiconducteur 1, les plaques de contact 2,3 et au besoin par les pièces latérales 8,9 de manière à assurer, lors de la fixation des deux pièces latérales 30 sur le corps d'enveloppement, une compressioij des pièces librement empilées les unes sur 'les autres. Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'objet de 1' invention consiste, pour l'obtention d'une liaison mutuelle par soudure entre la pièce latérale supérieure et la surface frontale cor-35 respondante du corps d'enveloppement, au lieu d'une liaison par brasage, on peut prévoir sur ces pièces, à des emplacements prévus à cet effet un anneau éventuellement en forme de collerette et les raccorder solidement et de façon étanche l'une à l'autre, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un disque annulaire de forme 40 appropriée. 71 08446 6 2083557 Un autre exemple de réalisation de composants semiconducteurs conformes à l'invention peut de plus consister en ce que le corps d' enveloppement 4 possède, sur sa surface convexe, à la place de 1' excroissance 4a, ou en plus de celle-ci, ou éventuellement dans la-5 dite excroissance, un évidement concentrique fermé sur lui-même, par exemple en forme de rainure, dans laquelle est rabattue la bordure extérieure de la pièce latérale, après mise en place de celle-ci sur le corps d'enveloppement. L'invention s'applique aussi à des composants semiconducteurs 10 commandés, à deux jonctions pn ou davantage, par conformation du corps d'enveloppement en vue du passage de connexions d'électrodes de commande. Pour la mise en oeuvre de modes de réalisation conformes à la figure 1 la pièce latérale 5 est, conformément à l'invention, fixée, 15 par exemple par brasure ou soudure, à la surface latérale 4b du corps d'enveloppement 4 dans une phase de construction préparatoire. La tablette semiconductrice, constituée par le disque semiconducteur et par les plaques de contact 2,3 qui lui sont fixées des deux côtés, est placée ensuite dans une orientation électrique pré-20 déterminée, à l'intérieur de la zone délimitée par l'embouti de profil arqué de la pièce latérale 5 et se trouve centrée par celui-ci. On place ensuite le joint torique 7 dans l'évidement en forme de rainure 4c, puis la pièce de base en forme de cupule 6, guidée par le relief 4a, sur la surface frontale libre du corps d'envelop-25 pement. Enfin la pièce latérale 6 est solidement fixée sous pression mécanique, par sa bordure 6b, au corps d'enveloppement 4, par sertissage sur le relief 4a. Pour la mise en oeuvre de modes de réalisation selon la figure 3, la pièce latérale 8 est, conformément à l'invention et suivant 30 la représentation de la figure 4, solidement fixée, dans un processus préparatoire, par l'intermédiaire de la rondelle 10, à la surface frontale correspondante du corps annulaire 4. Une feuille de métal noble 11, en métal ductile, par exemple de l'argent, est placée dans l'assemblage réalisé comme il vient d'être dit sur la pla-35 que de contact 3 fixée en même temps pour assurer un contact superficiel par pression sur le disque semiconducteur 1. On place alors la pièce de remplissage 12, puis le disque semiconducteur dans une orientation déterminée, et enfin l'autre feuille de métal noble 11. On met en place ensuite le joint torique 7 et, pour terminer, la 40 pièce latérale inférieure 9, avec la plaque de contact 2, fixée à 71 08446 7 2083557 elle et prévue pour prendre appui» par l'intermédiaire de la feuille 11, sur le disque 1 ; on l'enfonce jusqu'à compression du joint 7 et on la sertit par rabattement de sa bordure 9b sur le relief 4a. 71 08446 8 2083557 REVENDICATIONS 1) Composant semiconducteur en forme de disque, dans lequel deux pièces latérales métalliques, prévues aussi pour servir de contacts avec des pièces conductrices de courant contigues, et un corps annulaire en matière isolante fixé entre les régions périphériques desdites pièces, consti-5 tuent un boîtier, et dans lequel un corps semiconducteur, muni de ses électrodes de contact, est disposé entre lesdites pièces latérales, caractérisé en ca que l'une desdites pièces latérales présente une petite extension de surface formant par liaison soudée avec une surface frontale adaptée et traitée au préalable du corps annulaire, un élément en forme de cuvette, 10 ledit corps présente un relief s'étendant sur tout son pourtour, l'autre pièce latérale, en forme de coupelle est emboîtée sur ledit corps et sertie sur ledit relief, la face frontale dudit corps située en regard de cette pièce latérale en forme de coupelle présentant une rainure annulaire adaptée à recevoir un joint torique. 15 2) Composant semiconducteur en forme de disque selon la revendi cation 1, caractérisé en ce que les pièces latérales métalliques présentent, entre leur région interne de contacts et leur région périphérique coopérant avec le corps annulaire, au moins une ondulation annulaire adaptée à compenser des dilatations thermiques et à assurer le centrage d'une tablette 20 semiconductrice comportant un disque semiconducteur et deux plaques de contact fixées respectivement sur les deux faces de celui-ci. 3) Composant semiconducteur en forme de disque selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les pièces latérales métalliques sont en un matériau ductile et bon conducteur de la cha- 25 leur et de l'électricité. 4) Composant semiconducteur en forme de disque sébn la revendication 1, caractérisé en ce que la surface frontale du corps annulaire qui est destinée à la fixation par soudure de l'une des pièces latérales comporte à cet effet une zone métallisée, ainsi qu'éventuellement une forme 30 étage e. 5) Composant semiconducteur selon la revendication 1, caractérisé par ce que le relief ménagé soit en saillie soit en creux sur le pourtour du corps annulaire présente une section polygonale ou ronde. 6) Composant semiconducteur en forme de disque selon la revendi-35 cation 1, caractérisé par l'insertion entre les deux faces du disque semiconducteur et des plaques de contact associées, d'une feuille de métal noble, lesdites plaques de contact se composant d'au moins deux disques dont l'un, situé à l'extérieur, sert aussi de pièce de boîtier. 71 08kk6 9 2083557 7) Composant semiconducteur en forme de disque selon la revendication 6, caractérisé en ce que, entre l'un des disques extérieurs de plaque de contact, servant aussi de pièce de boîtier, et le corps annulaire, est intercalée une rondelle qui présente, dans sa région moyenne, au mains 5 une ondulation annulaire, cette rondelle étant fixée sur - ou au voisinage de l'une des surfaces frontales du corps annulaire, et étant fixée par soudure ou brasure à ladite plaque de contact associée. 8) Composant semiconducteur en forme de disque selon l'une quelconque des revendications 1 à- 7, caractérisé en ce qu'un corps de rem- 10 plissage en matière élastique est inséré entre le corps annulaire et les éléments disposés librement à-l'intérieur de ce corps. 9) Procédé pour l'obtention d'un composant semiconducteur en forme de disque selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la pièce latérale de plus petite surface est fixée par soudure à la 15 surface frontale correspondante aménagée à cet effet du corps annulaire, en ce que dans l'élément en forme de cuvette ainsi constitué, on introduit le disque semiconducteur muni de plaques de contact rapportées sur ses deux faces, on insère ensuite dans la rainure de l'autre surface frontale du corps annulaire un joint d'étanchéité, et enfin on fixe la pièce latérale 20 en forme de coupelle sous tension mécanique, par sertissage de son bord sur le relief dudit corps. . 10) Procédé selon la revendication 9j caractérisé en ce que, entre le corps annulaire et les éléments placés dans la boîtier on introduit un corps de remplissage en matière synthétique élastique assurant le maintien 25 desdits éléments.