Brevet FR2083507A1 — publié le 19711217

Dans de nombreux dispositifs à semi-conducteurs, par exemple certains redresseurs, plusieurs éléments semi-conducteurs, comme des diodes et des thyristors sont disposés les uns à côté des autres et sont munis de radiateurs creux permettant la circulation d'un liquide 5 de:'refroidissement. Ce faisant, il est connu de munir les radiateurs de canalisations de liaison pour le liquide de refroidissement, ces canalisations pouvant être constituées par des tubes souples, en caoutchouc ou en matière plastique, éventuellement renforcés, par exemple, avec un tissu de fibres de verre. Par comparaison avec les cana-10 lisations de liaison en métal, les tubes souples ont l'avantage de pouvoir être déformés et de ne pas risquer de s'écraser ou de se briser, par exemple aux points de fixation sur les radiateurs, lorsqu' ils sont soumis à des contraintes mécaniques. Une autre propriété importante des tubes; souples réside dans le fait qu'ils tiennent le 15 rôle d'isolateurs électriques. En effet, normalement, les radiateurs font office de blocs de connexion pour amener le courant électrique aux éléments semi-conducteurs, et comme les canalisations de liaison sont isolantes, elles ne créent pas de liaisons électriques entre les radiateurs et'par conséquent entre les éléments semi-conducteurs, 20 Dans ces conditions, on peut coupler les éléments semi-conducteurs soit en parallèle, soit en- série, selon les "besoins, en-utilisant des conducteurs électriques appropriés.. Toutefois, il s'est avéré difficile, lorsque l'on utilisait des tubes souples en caoutchouc ou en matière plastique, de réaliser 25 des connexions sûres entre les tubes souples et les radiateurs. Normalement, les tubes souples sont fixés au moyen de colliers ou de brides sur des raccords portés par les radiateurs. Lorsque le tube souple se sépare du raccord, il peut en résulter non seulement une action destructrice pour l'élément semi-conducteur qui est suscepti-30 ble d'être détruit par un échauffement excessif, mais encore un risque important d'incendie lorsque le liquide de refroidissement est une substance combustible, par exemple de l'huile » On peut citer de nombreux exemples de rupture de canalisation de circulation du fluide de refroidissement des éléments semi-conducteurs ayant entraîné 35 un incendie. Selon l'invention, il est possible d'éviter les inconvénients précités des systèmes à semi-conducteurs avec canalisations de liaison en caoutchouc ou en matière plastique, et ainsi de réaliser des ii 71 10121 2083507 liaisons entre les canalisations et les radiateurs, qui sont parfaites et qui offrent une sécurité absolue en service. D'autre part, on conserve les propriétés avantageuses précédemment indiquées des tubes souples en caoutchouc, et en matière plastique, à savoir la 5 souplesse et l'aptitude à tenir lieu d'organes d'isolation électrique. Les canalisations des liaisons selon l'invention résistent d'autre part au vieillissement et ne sont pas attaquées par l'huile. La présente invention concerne un dispositif à semi-conducteurs, avec des éléments semi-conducteurs qui sont disposés les uns 10 à côté des autres, par exemple des diodes ou des thyristors, qui sont fixés sur des radiateurs creux traversés par un écoulement de liquide de refroidissement, lesdits radiateurs étant- reliés les uns aux autres par des canalisations souples de liaisons qui permettent le passage du liquide de refroidissement et assurent l'isolement élec-15 trique entre lesdits radiateurs, ledit dispositif à semi-conducteur étant caractérisé en ce que chaque canalisation de liaison est constituée par un tube en un matériau inorganique isolant, par exemple en un matériau céramique tel que la porcelaine, et par des soufflets en un matériau métallique qui sont fixés aux^.deux extrémités du tube 20 précité. Comme on l'a dit plus haut, ce tube est constitué de préférence en un matériau céramique comme la porcelaine, la stéatite, ou l'alumine. Mais il est également possible d'utiliser un tube en verre ou en tout autre matériau inorganique. Le matériau métallique pour 25 les soufflets peut être par exemple de l'acier, du laiton, de l'aluminium ou du cuivre. Les soufflets sont fixés sur les radiateurs et sur les tubes en matériau isolant par soudage, brasage ou sertissage, de façon à réaliser des joints robustes et étanches. On peut aussi envisager 30 d'autres modes de liaison procurant des joints robustes et étanches, par exemple des liaisons, par raccords à vis. Il s'est avéré qu'il était particulièrement avantageux de munir les canalisations de liaisons de soufflets incurvés dans la direction de passage du liquide de refroidissement. Il en résulte notamment un 35 accroissement de l'aptitude des canalisations de liaisons à supporter les contraintes de torsion. La présente invention s'est avérée être particulièrement avantageuse dans le cas des systèmes redresseurs comprenant plusieurs 71 10121 2083507 éléments semi-conducteurs du type à refroidissement bilatéral qui sont disposés essentiellement dans le même plan, lesdits éléments semi-conducteurs étant montés d'^n côté sur un dispositif commun de refroidissement, réalisé sous la forme d'un rail creux qui est par-5 couru par un liquide de refroidissement, et chacun desdits éléments semi-conducteurs étant maintenu en contact, sous pression, avec les deux dispositifs de refroidissement entre lesquels il est placé. Dans un tel système redresseur, l'utilisation de canalisations de liaison selon l'invention permet d'obtenir pour chaque élément semi-conduc-10 teur, au niveau des surfaces de contact entre ledit élément semiconducteur et lesdits systèmes de refroidissement, une pression exactement mesurée et indépendante de celle qui s'exerce sur les-autres éléments semi-conducteurs, cela tout en obtenant un montage très compact du système à semi-conducteurs. 15 l'invention sera décrite ci-après de façon plus détaillée en se référant au dessin ci-annexé lequel est fourni à titre purement illustratif et non limitatif, et dans lequel : - La figure 1 est une vue en élévation d'un système à semiconducteurs selon l'invention avec des canalisations de liaisons qui 20 sont rectilignes. - la figure 2 est une coup.e qui est pratiquée axialement dans un élément semi-conducteur selon la direction A-A de la figure 1. - La figure 3 est une vue en plan d'un système à semi-conducteurs dans lequel la canalisation de liaison est incurvée. 25 _ Les éléments semi-conducteurs, qui peuvent être des diodes ou des "thyristors, sont enfermés hermétiquement, de façon en elle-même bien connue, dans des capsules plates 1. D'un côté de chaque élément semi-conducteur, est appliqué, sous pression, de façon à réaliser un bon contact électrique et thermique, un radiateur en cuivre 2 com-30 prenant intérieurement une chambre 3 pour le passage d'un liquide de refroidissement, alors que de"l'autre côté de l'élément, se trouve un bloc de cuivre 4 et un dispositif de refroidissement réalisé sous la forme d'un rail 5 en alliage léger, dans lequel sont pratiqués deux canaux de refroidissement 6 et 7 pour le passage du liquide de 35 refroidissement Le bloc de cuivre 4 fait office d'organe de transmission électrique et thermique entre le rail de refroidissement et 1'élément semi-conducteur, et il est engagé à la presse dans un logement cor- â 71 10121 2083507 respondant 8 du rail de refroidissement 5, cela afin d'obtenir la plus grande surface "possible de transfert entre le bloc et le rail. Le rail 5 fait office de conducteur commun pour le courant électrique destiné aux quatre éléments semi-conducteurs. Chacun des radia-5 teurs 2 fait office d'organe de raccordement électrique individuel pour l'élément semi-conducteur correspondant, de l'autre côté de l'élément semi-conducteur. Dans le mode de réalisation qui est montré par les figures 1 et 2, les radiateurs 2 sont munis d'organes rectilignes de liaison 10 9 pour le passage du liquide de refroidissement entre eux, chacun de ces organes de liaison étant constitué par un tube 10 en porcelaine et par deux soufflets 11 en acier inoxydable, qui sont fixés aux deux extrémités du tube 10. La chambre 3 présente, au point de liaison avec le soufflet, un orifice de section circulaire et le soufflet 15 est fixé par une soudure à l'alliage de cuivre et d'argent sur le radiateur 2. Le tuhe en porcelaine 10 et les soufflets qui ont tous des sections circulaires sont également fixés les uns aux autres par une soudure à l'alliage de cuivre et d'argent. L'es radiateurs extérieurs 2 -sont reliés à des blocs de connexion. 12 et 13 pour le rac-20 cordement des canalisations du liquide d.e refroidissement. En 14 et 15 se trouvent les "blocs correspondants de raccordement pour le rail 5. En face de chacun des éléments semi-conducteurs, le rail 5 porte un bloc monté à la presse ou vissé 16 qui présente une calotte sphé-rique du côté qui est opposé au rail. Une culasse 17, en acier à 25 ressort, comprend un évidement en forme de calotte sphérique qui coopère avec le bloc 16. On obtient ainsi une certaine liberté de mouvement entre la culasse et le rail et l'on ne risque pas de .soumettre l'élément semi-conducteur à des contraintes disymétriques. Sur chacun des radiateurs 2 vient s'appliquer une autre culasse 18, 30 les culasses 17 et 18 sont tirées l'une vers l'autre par les boulons de traction 19 et 20 coopérant avec les écrous 21 et 22. Les boulons de traction sont en matériau isolant, par exemple en polyester renforcé de fibres de verre. Dans l'exemple décrit ici on utilise de l'huile comme liquidée refroidissement. 35 La figure 3 montre un mode possible de réalisation de l'in vention dans lequel les soufflets 11 de la canalisation de liaison ont une disposition incurvée, entre les radiateurs 2 des éléments semi-conducteurs et le tube de porcelaine 10. Dans le mode de réali- à 71 10121 2083507 sation qui est montré par la figure 3> les radiateurs des deux éléments semi-conducteurs avoisinants font un certain angle l'un par rapport à l'autre. En montant ainsi les canalisations de liaison avec des soufflets incurvés, on parvient- à réduire le risque de rup-5 ture dans le joint entre le soufflet et le radiateur, ou dans le joint entre le tube de porcelaine et le soufflet, en cas de sollicitation à la torsion selon une direction perpendiculaire à la direction de passage du liquide de refroidissement. les canalisations de liaison selon la figure 3 peuvent évidem-10 ment être utilisées pour équiper un système à semi-conducteurs selon l'invention du genre montré par les figures 1 et 2. Dans la disposition qui estJ montrée par la figure 1, le rail de refroidissement 5 constituant le système commun de refroidissement pour tous les éléments semi-conducteurs peut fort bien être rem-15 placé par des radiateurs individuels 2 reliés les uns aux autres par des canalisations de liaison 9, pour réaliser le refroidissement de la même manière que de l'autre côté de l'élément semi-conducteur. Dans ces conditions, chaque élément semi-conducteur déviënt totalement indépendant des autres et l'on a une liberté complète quant à 20 la façon de connecter électriquement les uns aux autres les divers éléments semi-conducteurs.. 71 10121 2083507 REVENDICATIONS 1.- Dispositif à semi-conducteurs, comprenant des éléments semi-conducteurs qui sont disposés les uns à côté des autres, par exemple des diodes ou des thyristors, qui sont fixés sur des radiateurs creux traversés par un écoulement de liquide de refroidissement 5 lesdits radiateurs étant reliés les uns aux autres par des canalisations souples de liaison qui permettent le passage du liquide de refroidissement et assurent l'isolement électrique entre lesdits radiateurs, caractérisé en ce que chaque canalisation de liaison est constituée par un tube en un matériau inorganique isolant, par exemple 10 en un.matériau céramique tel que la porcelaine, et par des soufflets en un matériau métallique qui sont fixés aux deux extrémités du tube précité. 2.- Dispositif à semi-conducteurs selon la revendication 1, caractérisé en ce que les soufflets de la canalisation de liaison 15 sont incurvés dans la direction de passage du fluide de refroidissement . 3. - Dispositif à semi-conducteurs selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un système redresseur comprenant plusieurs éléments semi-conducteurs à refrGi- 20 dissement bilatéral, qui sont placés essentiellement dans le même plan, les radiateurs et les canalisations de liaison entre ceux-ci se trouvant sur l'un des côtés des éléments semi-conducteurs, alors que ceux-ci coopèrent, de l'autre côté, avec un système commun de refroidissement ayant la forme d'un rail creux qui est traversé par 25 un liquide de refroidissement, eten ce qu'il est prévu, pour chaque élément semi-conducteur, un organe de serrage qui tend à presser l'un contre l'autre le radiateur de l'élément semi-conducteur et le rail de refroidissement. 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