Brevet FR2257910A1 — publié le 19750808

La présente invention concerne un instrument permet tant de contrôler les caracteristiques-de composants électroni- ques notamment de puissance, tels que transistors, thyristors, etc... soumis pendant une longue durée a une fatigue thermique intense par llasservissement a des valeurs soit fixes soit cy cliques de la température de leur radi-ateur. Les dispositifs de programmation nécessaires sont integrés dans l'appareillage. I1 est connu que le fonctionnement des semi-conduc teurs est sensible a la température. Par exemple un mauvais écou lement de la charge thermique peut faire que la température de la jonction soit portée a une valeur telle qu'une perturbation pro visoire de fonctionnement ou même la détérioration definitive de llelement se produisent ; ou encore, l'écoulement de la charge thermique du radiateur permet de vérifier que dans les limites de températures de fonctionnement admiss-ibles, on 6baient des carac téristiques électriques conformes a celles exigées. Il est aussi connu que les essais d'environnement ther miques pratiqués habituellement en disposant un ch ssis électro nique comportant des composants en fonctionnement, dans une encein te a air agite, deviennent peu significatifs lorsque-les puis sances mises en jeu sont importantes. L'invention concerne un équipement permettant de réali- ser ces essais simultanément sur de nombreux composants en fonc tionnement, essais de longue- durée a des valeurs de temperature-s constantes ou cycliques.Dans ce dispositif les bottiers ou les radiateurs des composants sont rendus solidaires d'échangeurs a liquide régulé pouvant extraire de grandes quantités de chaleur Les radiateurs peuvent etre portés a différentes valeurs de tem pératures soit par refroidissement a circulation de liquide, soit par appoint thermiqu-e ajouté a leur propre échauffement; ces va leurs sont, soit maintenues fixes pendant toute la durée de 1 2es- sai, malgré les fluctuations de puissance propres imposées aux semi-conducteurs, soit cycliques, la montée ou descente de la tem pérature du boftier dépendant ou non de la fluctuation de puis sance mise en jeu dans les composants. I1 est possible de suivre le comportement en mar che de ces semi-conducteurs, pendant toute la duree de l'essai. - Une des caractéristiques de l'invention réside dans la constitution du radiateur sur lequel sont fixés con-venablement 'les transistors de puissance, dont la face externe comporte un échangeur de chaleur à circulation de liquide, dans une tubulure ad'hoc noyée dans la masse. - Une autre caractéristique de l'invention est de fai re circul--er à débit constant un fluid-e convenable dans cet échan geur, ce fluide pouvant aussi bien supporter un refroidissement au-dessous de zéro qutun échauffement vers 1000C, de façon qu'après traversée du radiateur il soit fortement refroidi dans un bac re figure par un groupe frigorifique ou par un échangeur à contre courant. La capacite -de transfert thermique du fluide dans un tel montage est très importante et on pourra calculer le radiateur échangeur pour qu'il travaille à saturation. Cette disposition permet d'introduire un paramètre déterminé et constant pour cha que température d'essai choisie.Dans le cas ou l'équipement com porte plusieurs echa-ngeurs, il sera muni d'autant de circuits de refroidissement séparés: - Une autre Caractéristique de l'invention est de noyer dans la masse du radiateur-echangeur des résistances chauf fantes de façon à pouvoir par l'action d'un regulateur de tempéra ture dont le capteur est solidaire du même radiateur, réguler la température de ce- dernier. L'association dans le radiateur, du systeme de refroidissement à fluide circulant, et du système de- réchauffage, permet de simuler des montées ou des descentes rapides de températures. - Une autre particularité de l'invention est de don ner au radiateur-échangeur Ta forme d'un boîtier monobloc mobile, simplement connecté sur l'instrument d'essai par des raccords ins tantanés pour les circulations fluides, et des connecteurs embro chables pour les liaisons électriques. I1 est ainsi possible de préparer sur un radiateur indépendant le montage mécanique des différents composants, puis de le disposer instantanément sur l'appareil d'essai, sans immo biliser ce dernier. - Une autre particularité de l'invention est de noyer dans la masse du radiateur les culots spécifiques des semi-conduc teurs à tester. Le fait de pouvoir interchanger instantanément les radiateurs permet d'essayer, au moyen de différents radia teurs construits pour différents modèles de transistors, thyris tors..., sans perte de temps ni modification, différents types de composants sur le méme équipement. - Une autre particularite de l'invention est de noyer dans la masse du radiateur une ou plusieurs sécurités thermiques notamment des sécurités à bilame dont le déclenchement est pré réglé à une température determinee, ainsi que des sondes de con trolle de température. Cette disposition permet d'établir un regime de fonc tionnement sévère et permanent sans risques de destruction de com posants coûteux en cas de 1 1élévation intempestive de la tempéra ture de l'équipement d'essais. - Une particularité de la fabrication des radiateurs réside entre autres dans la constitution en matériaux permettant un montage facile et peu coûteux et comportant en association Une platine extérieure en métal hautement conducteur (cuivre épais). Une tubulure de circulation de fluide, en cuivre disposé à l'arrière delta platine, soudée ou bridée contre elle entre les culots porte-composants et dont la distribution en série-parallèle est établie pour répartir de façon homogène l'absorption de cha leur ; cette tub-ulure porte des embouts de départ de circulation. Des résistances chauffantes, d-isposées de même façon entre les éléments de la tubulure de circulation. La ou les securités thermiques. La ou les sondes de contrôle de température. Les culots porte-composants, encastrés au dos de la platine du radiateur. Un enrobage au moyen d'un ciment coulé et conducteur thermi que qui peut être de plus isolant électrique, enrobant les élé- ments de façon à constituer un bloc massif permettant l'obtention d'une bonne homogénéité de temperature. - Une autre particularité de l'invention réside dans les~systemes d'affichage de programmation et de sécurité équipant l'appareillage, et comprenant Pour le fonctionnement continu Un afficheur de la température du palier désire avec compteur horaire de présélection de la durée de l'essai. Pour le fonctionnement cyclique Deux afficheurs définissant les deux valeurs de températures auxquelles doivent être successivement soumis les composants ; lors de chaque cycle. Un Un dispositif d'inversion de la température lorsque l'une et l'autre des valeurs affichées sont atteintes. - Un compteur de présélection du nombre des cycles. Le Ledessin annexé illustre à titre d'exemple un mode de réalisation du dispositif. La figure 1 représente schématiquement un tel radia teur dans lequel 8 1- est- la platine massive du radiateur 2 2- la tubulure de circulation dé fluide de refroidissement 3 3- une résistance de chauffage Il 4- une sonde de contrôle et d'enregistrement de la température 5 - une sonde de régulation de la température 6 - une sécurité thermique à inaximum 7 - le culot du semi-conducteur à essayer 8- le ciment conducteur d'enrobage 9 - la canalisation dans le ciment permettant le passage des fils de cablage (10) 10 - cablage d'un culot il 11- connecteurs asservissant les différentes liaisons électri ques 12 - embout de branchement de circulation 13 - poignées isolantes de manipulation 14 - prise de masse sur bloc-platine L'équipement complet comprend suivant le schéma de la figure 2 : Dans le bas du meuble (113) le groupe frigorifique (114), le bac de refroidissement (formant cuve tampon) du circuit j de fluide (115) et sa pompe (116).Une façade groupant les comman- des générales de fonctionnement (117) et les platines de commande de régulation et de création des cycles (118) (118 bis), chaque platine correspondant à un échangeur (1) supportant les-composants électroniques, ces derniers reliés par les câbles (119) et les connecteurs (111) aux équipements d'alimentation et de contr8le des composants en cours d'essais, logés dans la baie (122). En (120), façade isolante supportant les départs de circulation (121) (représentée avec échangeur déconnecté). t L'instrument objet de l'invention trouve ses applica tisons dans l'industrie dans tous les cas où la fiabilité des composants électroniques de puissanceest très importante (équi- pements aérospatiaux, alimentation d'ordinateurs, instruments d'automation industrielle. .) ainsi qu'au laboratoire de recher che pour l'étude et la détermination des caractéristiques de nou veaux composants. L'instrument selon:l1invention permet de réaliser les expériences nécessaires dans ces différents cas, d'une façon pre- ciste et extrêmement sûre. ,! REVENDICATIONS ; 1.- Dispositif permettant de contrler les caracté ristiques- de composants électroniques notamment de puissance, soumis à une fatigue thermique imposée par le maintien des radia teurs de ces composants à des températures fixes ou cycliques au moyen de systèmes de régulation et de programmation convenables. caractérisé en ce qu'il comporte des échangeurs incorporés à l'instrument, sur lesquels sont fixés les composants à tester. 5 2.- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que ces échangeurs comportent un système de refroi dissement à liquide, un apport thermique d'appoint et les organes capteurs de régulation et de sécurité, afin de soumettre les ra diateurs de ces composants à différents régimes d'écoulement ther moque. 3.- Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fait que l'échangeur permet de porter ou de maintenir les radiateurs des composants à différentes valeurs de température soit basse soit haute, par refroidissement à circulation de liquide, ouparapport thermique, ce dernier ajouté à l'échauffement t propre du au fonctionnement du composant lui-même, et pendant toute la durée de essai, à des valeurs fixes ou au contraire variables ou cycliques de la température. 4.- Dispositif selon une des revendications 1 à 3 caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour observer le comportement en fonctionnement des composants pendant toute t la durée de l'essai. | 5.- Dispositif selon une des revendications 1 à 4 caractérisé par le fait que l'échangeur comporte sur sa face ex terne,sur laquelle sont fixés les composants, une platine bonne conductrice de chaleur, et sur sa face interne les systèmes de circulation de fluide de refroidissement, de chauffage et les capteurs de régulation et de sécurité. t 6.- Dispositif selon une des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que la face interne de l'échangeur comporte un liant convenable enrobant les tubulures des circuits I fluides et des systdmes chauffants, ainsi que les capteurs, les * mettant intimement en contact avec la platine de 11 échangeur. 7.- Dispositif selon une des revendications 1 à 6 caraCtérisé par le fait que la capacité de transfert thermique du fluide de refroidissement et du système de chauffage soit telle que l'échangeur travaille à saturation, le debit du fluide étant constant, permettant ainsi de disposer d'un paramètre fixe d'écoulement thermique pour chaque température. 8.- Dispositif selon les revendications 1 à 7 carac térisé par le fait que le système de refroidissement comprend une circulation à débit fixe par échangeur, et passant au travers d'une cuve tampon pouvant etre réfrigérée, l'équipement comprenant autant de tubulures de circulation qu'il y a d'échangeurs dans l'appareil. 9. - Dispositif selon une des revendications 1 à 8 caractérisé par le fait que l'échangeur est construit sous la forme d'un bloc mobile connecté par des embouts ad hoc sur les tubulures de circulation et au moyen de prises électriques sur les circuits électroniques, les échangeurs pouvant etre.mu?is de différents modèles de culots-supports de composants. 10.- Dispositif selon une des revendications 1 à 9 caractérisé par le fait que la régulation et la programmation comportent des afficheurs et des compteurs de temps pour I'uti lisation en continu, et des afficheurs définissant les deux va leurs de température auxquelles doivent etre successivement sou mis les composants lors de chaque cycle, le système d'inversion de ces températures à chacun des cycles et les compteurs du nom bre de cycles. 11.- Dispositif selon une des revendications 1 à 10 caractérisé par le fait que l'instrument complet peut être logé dans un meuble du type baie électronique standard pour être -associé à des baies identiques incorporant les instruments d'ali- mentation et de contrôle.