Brevet FR2182133A1 — publié le 19731207

L'invention concerne un élément de refroidissement destiné à un composant à semi-conducteurs en disque et comprend deux pièces dont chacune coopère avec une surface en bout du composant à semi-conducteurs. Les composants à semi-conducteurs en disque, et notamment les thyristors tels qu'utilises en électronique de puis sance, sont bien connus. Ils ont l1avantage notable sur les composants à boîtier à fond plat ou vissé de pouvoir etre refroidis intensément de chaque côté et donc de pouvoir atteinre des puissances supérieures. Un procédé connu de refroidissement des com- posants à semi-conducteurs consiste à créer une circulation naturelle ou forcée d'air. Les éléments utilisés de préférence dans ce but sont des pièces d'aluminium comportant des ailettes et réalisées de manière qu'un dispositif de fixation serre le composant à semi-conducteurs devant être refroidi entre ders de ces pièces qui sont bien symétri- ques et placées l'une à coté de l'autre. L'arrivée de courant passe par des emplacements spécialement estampés de l'élément refroidisseur d'aluminium. Ces emplacements se trouvent en général sur la périphé- rie de ce dernier. L'élément refroidisseur d'aluminium des modes de réalisation antérieurs forme cependant l'arrivée de courant et la transition de cet élément aux organes de raccord qui sont en général en cuivre, par exemple à des cosses ou des barres omnibus, donne lieu à des irrégularités à la fin d'une longue période de service. Ces irrégularités consistent en mauvaises résistances de transmission qui peuvent atteindre un degré inadmissible. Les conséquences sont que les thyristors chauffent trop, que leur amorçage est incontrôlable et qu'il peut en résulter des défaillances.Les inconvénients sont les mêmes à la transition da composant à semiconducteurs à l'élément de refroidissement. #etts transftion doit aussi rester longtemps fiable, car sinon le courant eut cesser d'être réparti uniformément, en particulier dans un montage direct en parallèle de thyristors. La cause doit etre recherché dans la formation d'vue couche mauvaise conductrice à la slrScce de l'alnminium. Des ergots de cuivre chassés dans l'élément refroidisseur d'aluminium et assumant la liaison de ce dernier et du composant à semi-conducteurs ont certes pu diniluer-les inconvénients mentionnés des dispositifs connus de refroidissement, mais la longévité de ces dispositions resta mauvaise en particulior'loi'sque les compo sants subissent des charges alternées ou sont montés en para ] lèle. L'invention a donc pour objet un élément refroidisseur destiné aux composants à semi-conducteurs en disques et capables de supporter une forte charge thermique tout en offrant une très faible résistance électrique de transition entre les éléments de con nexion, Jui-même et les semi-conducteurs. Selon une particularfté essentielle de l'in~ vention, des plaquettes conductrices sont placées entre les faces du composant à semi-conducteurs et les deux éléments refroidisseurs, ces derniers sont disposés sur un axe commun, les arrivées principales de courant au composant passent par au moins l'un des deux éléments refroidisseurs en étant isoLées'de ce dernier et atteignent les plaquettes conductrices et ces arrivées de courant ainsi que ces plaquettes conductrices sont en un matériau à meilleure conductivité électrique et thermique que les éléments refroidisseurs.Les deux plaquettes conductrices sont en même matériau que le composant à semi-conduc tours et des éléments de fixation les relient aux deux éléments re froidissours. Des éléments de fixation relient les arrivées principales de courant aux plaquettes conductrices. Un agent de transfert de chaleur est placé entre chaque plaquette conductrice et l'élément refroidisseur correspondant. Un revêtement métallique est déposé par électrolyse sur les arrivées principales de courant et les plaquettes conductrices. L'élément refroidisseur selon l'invention a l'avantage notable d'avoir un faible encombrement. En effet, aucune barre omnibus complémentaire ne doit être posée sur la périphérie extérieure de ltélément refroidisseur, car les arrivées principales de courant passent dans ce dernier. Le nouveau type de transmission du composant à sem -conducteurs en disque aux plaquettes conductrices et aux arrivées principales de courant connectées à ces dernières confère une excellente fiabilité de longue durée à l'ensemble de l'élément refroidisseur, car toutes les pièces sont en matériau à bonne conductibilité et assurant de bons contacts. La disposition selon l'invention permet donc d'éliminer les effets gênants dûs à la transition de matériaux différents. Les plaquettes conductrices devant 8trefixées sur l'élément refroidisseur peuvent aussi etre montées par des manoeuvres sans etpériences. Le coût de fabrication peut ainsi être considérablement réduit par rapport à celui des éléments de l'art antérieur. L'invention seradécrite plus en détail en regard du dessin. annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel : la figure 1 est une vue en élévation d'une face de l'élément refroidisseur selon l'invention ; et la figure 2 en est une élévation latérale avec coupe transversale partielle. L'élément de refroidissement comprend deux pièces 1 et 2 qui comportent des ailettes destinées à améliorer l'éva- cuation de la chaleur. Ces deux pièces sont en aluminium, car ce matériau a une bonne conductibilité thermique par rapport à son prix. Les deux éléments 1 et 2 comportent chacun une face en bout plane et ils sont disposés sur un axe commun. Des éléments de fixation tels que des vis 5 retiennent une plaquette conductrice 3 4 sur chacune des surfaces en bout des éléments 1 et 2.Un composant 6 à semi-conducteurs en disque est disposé entre les dem: plaquettes conductrices 3 et 4 de manière que ses faces soient directement appliquées contre ofles. Un dispositif de fixation serre les uns contre les autres les pièces de refroidissements, les plaquettes conductrices et le composant à semi-conducteurs alignés les uns sur les autres. Ce dispositif de fixa- tion consiste en vis qui ne sont pas représentées pour la clarté du dessin. Les pièces de contact du semi-conducteur 6 étant de préférence en cuivre, les plaquettes conductrices 3 et 4 sont en même matériau. Ce bon contact entre les faces du composant à semi-conducteurs et les plaquettes conductrices améliore le transfert de chaleur et permet une excellente transmission de courant qui reste uniforme pendant très longtemps. L'arrivée principale de courant au composant à semi-conducteurs passe par des tubes 7 et 8 qui sont parallèles à l'axe du composant. Le tube 7 passe par l'élément -ef-oidisseur 2 et des vis non représentées le firent à la plaquette conductrice 4. Le tube 8 passe par contre à l'intérieur d'une pièce isolante 9 à travers l'élément refroidisseur 2 et il est fixé à la plaquette conductrice 3. Les tubes 7 et 8 d l'arrivée principale de courant sont aussi on meme matériau que le boîtier du composant à semi-conducteurs et que les plaquettes condtctrîces. La liaison aux connexions extérieures est assurée par des bornes ou des cosses fixées à l'extrémité correspondante des tubes. Un agent qui est pâteux ou liquide au moment où il est préparé, par exemple de la graisse de silicone contenant une charge ou une résine synthétique contenant une charge de poudre métal~ lique, est placé entre chacune des plaquettes 3, 4 et l'élément refroidisseur correspondant 19 2 afin d'améliorer le transfert de chaleur entre l'aluminium de ces éléments et le cuivre des plaquettes. Il va de soi que l'élément refroidisseur décrit et représenté peut subir diverses modifications sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. élément refroidisseur destine à un composant à semi-conducteurs en disque et se composant de deux pièces dont chacune coopère avec une face du composant, caractérisé en ce que des plaquettes conductrices sont disposées entre les faces du composant à semi- conducteurs et chacune des deux pièces de refroidissement, colles-ci sont disposées sur un axe commun, les arrivées principales de courant destinées au composant passent en étant isolées par au moins l'une des deux pièces de refroidissement pour atteindre les plaquettes conductrices et ces arrivées principales ainsi que les plaquettes conductrices sont en matériau à meilleure conductivité électrique et conducti bilité thermique que les pièces de refroidissement. 2. Elément refroidisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux plaquettes conductrices sont en m8me matériau que le composant à semi-conducteurs et des éléments de fixation les relient aux doux pièces de refroidissement. 3. Elément refroidisseur selon l'une des revendications i et 2, caractérisé en ce que des éléments de fixation relient les arrivées principales de courant aux plaquettes conductrices. 4. élément refroidisseur selon l'une quelconque des revendications i à 3, caractérisé en-ce qu'un agent de transmissien de chaleur-est inséré entre les plaquettes conductrices et les pièces correspondantes de refroidissement. 5. Elémont refroidisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce quturl revêtement métallique est déposé par électrolyse sur les arrivées principales de courant et les plaquettes conductrices.