Brevet FR2255708A1 — publié le 19750718

L'invention concerne un dispositif redresseur à semi-conducteur du genre où un corps isolant plat et une pièce de contact métallique en forme de plaque sont empilés sur une plaque support métallique avec alignement de perçages centraux destinés au passage d'une tige de montage, et où au moins une pastille semi-conductrice fixée sur la plaque support et reliée à la pièce de contact est disposée à l'intérieur d'une ouverture du corps isolant placé entre pièce de contact et plaque support, cette ouverture traversant axialement ledit corps en une position excentrique par rapport au perçage axial. Les dispositifs redresseurs à semi-conducteurs qui se sont développés dans la technique pour les intensités moyennes et élevées se répartissent en trois groupes de formes d'exécution. On contact des dispositifs où les éléments semi-conducteurs présentent un bottier avec une partie supérieure en forme de capot et une partie inférieure en forme de plaque ou de vis et sont rigidement assemblés par bridage ou par boulonnage avec un corps refroidisseur de forme appropriée. De telles unités, composées d' un élément semi-conducteur et d'un radiateur de forme appropriée, sont assemblées en un dispositif redresseur en un nombre déterminé par le montage redresseur désiré et selon une structure appropriée pour le refroidissement naturel ou forcé des éléments. Aussi bien les éléments semi-conducteurs utilisés dans ces systèmes, en particulier les formes d'exécution a grandes surfaces actives de semi-conducteur, que les agencements de redresseurs formés à partir d'éléments semi-conducteurs de ce genre, exigent un investissement considérable en pièces détachées, en opérations de fabrication, en moyens de fabrication et en temps de main-d'oeuvre. En outre, les éléments -semi-conducteurs de ce genre sont très limités quant à leurs possibilités d'utilisation. Dans d'autres dispositifs connus de redresseurs à semiconducteurs, on met en oeuvre des éléments semi-conducteurs très économiques parfois dénommés "diodes serties", avec un couvercle de bottier en forme de coupelle entaillé dans la face externe cylindrique, une pastille semi-conductrice étant fixée sur le fond, ces éléments étant insérés dans les sièges ménagés à cet effet dans des éléments refroidisseurs servant le cas échéant de conducteurs électriques. De telles unités sont empilées en une tige support avec interposition d'entretoises en une colonne aménagée selon le type de montage souhaité, où cependant les bornes libres de raccordement des diodes doivent être reliées par des conducteurs additionnels aux éléments refroidisseurs associés correspondants.Des montages redresseurs à capacité de charge accrue par mise en parallèle de plusieurs diodes exigent, dans le respect des lois physiques qui gouvernent une évacuation optimale de la chaleur dissipée, des éléments refroidisseurs de grande surface et donc d'un grand encombrement. Un autre groupe de dispositifs connus comporte des éléments semi-conducteurs de forme annulaire qui sont disposés face contre face entre des pièces de refroidissement en forme de plaques servant de préférence également de conducteurs. Ces éléments semiconducteurs sont constitués d'un corps annulaire en céramique, de plaques métalliques de recouvrement fixées sur les faces frontales de ce corps et d'au moins une pastille semi-conductrice qui est fixée dans un alésage axial excentré du corps de céramique sur la face interne de l'une des plaques couvercles, tandis que son autre électrode est électriquement reliée à l'autre plaque couvercle. Par enfilage de tels éléments, appelés aussi redresseurs au silicium, ainsi que des pièces de refroidissement sur un axé, on peut réaliser les montages redresseurs désirés. De tels redresseurs au silicium ont été décrits notamment au brevet Etats-Unis NO 3 290 566 et dans la demande de brevet publiée en Allemagne sous le N0 1 259 470. Ces formes d'exécution connues exigent cependant, en vue d'une bonne évacuation de la chaleur dissipée en fonctionnement, un usinage spécial des faces externes de contact des plaques couvercles pour la pose contre les pièces de refroidissement, ainsi qu'une disposition très sensiblement parallèle de ces faces de contact en vue du montage correct de tous les éléments sur l'axe support.En outre, 1' assemblage des corps en céramique, des plaques couvercles et des pastilles semi-conductrices n'est pas très économique et, enfin, en cas de montages comportant le groupement en parallèle d'une pluralité de tels redresseurs annulaires pour augmentation de la capacité de charge, le nombre de pièces détachées et l'encombrement deviennent excessifs. L'invention concerne un dispositif redresseur à semi-conducteur qui comporte également des éléments à ouverture centrale pair enfilage sur une tige support. Elle a pour objet d'éviter les inconvénients des dispositifs connus en créant une structure optimale en ce qui concerne ses éléments constitutifs et le mode d'assemblage de ceux-ci, et qui se prete de manière également rationnelle à la réalisation de tous types de montage pour toute capacité de charge désirée. Dans la structure proposée à cet effet, selon l'invention, la plaque support est aménagée pour servir en même temps de plaque de refroidissement avec une grande surface, la pièce de contact se pose librement contre la face frontale du corps isolant qui est éloignée de la plaque de refroidissement et se trouve reliée a un appendice servant de borne supérieure de la pastille semiconductrice et s'étendant dans l'ouverture excentrique du corps isolant, l'ensemble formé par la pastille semi-conductrice et sa borne supérieure étant enrobé dans une masse de matière plastique. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre a titre d'exemple en référence au dessin annexé où la figure 1 est une vue partielle en coupe d'une structure selon l'invention, le dessin en montrant une moitié munie d'une pastille semi-conductrice avec les pièces de contact correspondantes ; la figure 2 est une vue en plan d'un autre exemple de structure ; Les memes références désignent sur les deux figures des pièces semblables. Selon la forme de réalisation de la figure 1, un corps isolant plat 1 présente un alésage central la pour le passage d'une tige de montage et au moins deux #alésages lb par exemple cylindriques, symétriquement disposés par rapport à l'alésage central et adaptés à recevoir chacun une pastille semi-conductrice 4 et les pièces de contact correspondantes. Le corps isolant 1 peut avoir une forme quelconque, annulaire par exemple ; il est de préférence en céramique ou en matière plastique. Il est fixé selon une de ses faces frontales, de préférence par brasure à une plaque de refroidissement de surface relativement étendue et préalablement muni à cet effet d'une couche de métallisation 3. La plaque de refroidissement 2 forme avec le corps isolant 1 par recouvrement d'un c8té des ouvertures lb, un logement pour pastille semi-##p#uctTice 4 et sert en mEmXe tsmps de qlrpnort et de conducteur pour celle-ci. On évite ainsi les problèmes de transfert de chaleur que l'on rencontre dans les dispositifs connus entre plaque support de la pastille semi-conductrice et plaque surajoutée de refroidissement. La plaque 2 peut être en aluminium, cuivre, fer, ou autre métal ou alliage bon conducteur de chaleur et d'électricité. Son épaisseur et son étendue superficielle se déterminent selon les conditions d'écoulement de la chaleur dissipée et en fonction de la conductibilité thermique du matériau utilisé.Sur la face du corps isolant 1, qui est éloignée de la plaque 2 est prévue une pièce de contact 6 destinée à venir au contact des électrodes supérieures de toutes les pastilles 4, pouvant également servir à établir le contact avec un autre ensemble disposé sur une mEme tige commune. La pièce de contact 6 présente une forme sensiblement annu laird plate avec une ouverture centrale adaptée à celles du corps isolant 1 et de la plaque 2 et s'étend en surface sur la partie de la face supérieure du corps isolant 1 qui se trouve entre les ouvertures lb. Elle-présente en regard de chacune de celles-ci une patte 7 destinée à établir le contact avec la pastille correspondante et présentant une forme arquée en vue de la compensation des dilatations ; cette patte pénètre dans l'nuverture lb pour constituer la borne supérieure de connexion de la pastille semi-conductrice. La pièce de contact 6 est en cuivre ou autre matériau bon conducteur d'électricité. Son épaisseur est déterminée pour assurer une évacuation convenable de la fraction de la chaleur dissipée dans 1'ensemble semi-conducteur qu'il reste à évacuer avec la disposition de la pastille semi-conductrice sur un corps de base bon conducteur thermique et compte tenu du contact avec un conducteur de raccordement souple ou autre. Pour assurer un bon contact sur la surface de l'électrode supérieure des pastilles qui comportent par exemple un disque semi-conducteur avec un disque de contact fixé sur chacune des faces, on peut prévoir une pièce de contact supplémentaire 5 en un matériau bon conducteur thermique et électrique, cuivre par exemple. Une telle pièce contribue à améliorer le comportement thermique et, lors de la fabrication du dispositif selon l'invention, sert de poids dans l'exécution du brasage de contact de la pastille, un traitement de surface pouvant etre prévu en cas de besoin pour faciliter cette opération. Par ailleurs, la pièce de contact 6 repose librement sur le corps isolant 1, de sorte que les dilatations des divers matériaux ou pièces affrontés ou liés n'ont aucune influence indésirable sur le comportement phy sique ou électrique de l'ensemble. La hauteur du corps isolant détermine la distance minimale a ménager entre plaques de refroidissement 2 , elle est détermi née de façon à assurer un refroidissement naturel suffisant du montage en fonctionnement. Son épaisseur de paroi dans la zone de 11 alésage central la est déterminée par la face frontale de contact désirée avec la plaque de refroidissement de l'ensemble adjacent, de meme que par la condition d'une résistance suffi sante à la compression ; son épaisseur dans la zone des alésages. lb est déterminée par de#s conditions de technique de fabrication. En vue de la protection de la pastille semi-conductrice dans son logement ouvert d'un cOté contre toutes les influences néfastes de l'environnement, il est prévu un enrobage (non repré senté) des éléments de la structure logés dans les ouvertures lb. Dans la forme de réalisation représentée en plan à la fi gure 2, avec une découpe de la plaque de refroidissement 2, le corps isolant 1 présente une forme sensiblement rhombo#dale. Un axe 8 traverse les trous centraux de la plaque 2, du corps isolant 1 et de la pièce de contact 6. cette dernière est repré sentée avec l'une seulement de deux pattes 7 afin de montrer la forme particulière du corps isolant dans la zone des montures Qs 1'ouverture lb présente dans son parcours à travers le corps isolant 1 un dégagement uniforme, en forme. de rainure par exemple, servant au guidage de la patte 7 et dirigé vers la pièce de contact 6. Dans l'ouverture lb découverte sur la figu re 2 on voit que la pièce de contact 5 présente une section rec tangulaire par exemple. Avec l'agencement selon l'invention, on peut assurer par exemple avec des plaques de refroidissement en un alliage d'alu minium connu d'une épaisseur de 1,5 mm une capacité de charge d'environ 1,4 à 1,5 fois supérieure à celle des dispositifs con nus à conditions égales. La plaque en alliage d'aluminium est avantageusement munie d'un revêtement à base de nickel. Le corps isolant 1 peut etre réduit dans la zone des loge ments lb et le dégagement lc destiné à recevoir la patte 7 peut s'étendre jusqu'à la zone centrale destinée à recevoir la pièce de contact 6. La pièce de contact 5 peut présenter sur sa face tournée vers la patte 7 de la pièce de contact 6 une conformation servant à guider la partie du contact de la patte 7 et la pièce de contact 6 peut être constituée en un matériau conducteur élastique. La pastille semi-conductrice peut également être placée au contact direct avec la patte 7, avec suppression de la pièce intermédiaire 5. Les dispositifs redresseurs selon l'invention se prêtent à une fabrication étonnamment facile. Une bande métallique destinée a constituer les plaques de refroidissemeni/est divisée, après traitement préalable éventuel en cas de besoin, en zones munies d'ouvertures selon le nombre et les dimensions des dispositifs redresseurs désirés. En regard de chaque évidement, on dispose en correspondance avec l'alésage central la un corps isolant 1 avec sa surface métallisée 3 On forme ensuite dans chaque évidement excentrique lb du corps isolant, l'empilement constitué de la pastille semi-conductrice 4 et de la pièce de contact 5, et on le fixe par la pose de la pièce de contact 6 au moyen des pattes 7 de celle-ci. Dans une opération suivante on réunit le tout dans une seule unité, par exemple par brasage dans un four à passage. Au cours du refroidissement de l'ensemble, après le processus de brasage, chaque logement lb est rempli d'une masse de matière plastique pour y enrober la pastille semi-conductrice et son con -ducteur de raccordement supérieur. Après durcissement de la masse ainsi coulée, la bande métallique peut être divisée en éléments d'une ou plusieurs unités. La réunion de dispositifs redresseurs selon l'invention en montages redresseurs s'effectue de manière simple par enfilage avec des pièces intercalaires et des pièces de raccordement sur au moins une tige support en une disposition déterminée par le montage désiré et par des connexions extérieures à établir entre les dispositifs ainsi groupés. Les avantages du dispositif redresseur à semi-conducteur selon l'invention résultent de la fixation directe de la pastille semi-conductrice sur une pièce de refroidissement dans des conditions améliorées de comportement thermique et dans une réunion plus économique de plusieurs dispositifs en un montage redresseur désiré, ainsi que dans le fait que par comparaison aux construc tions connues, la réalisation est rendue possible avec un nombre réduit de pièces en partie plus simples et que la pastille semiconductrice peut etre placée au contact de tous les autres éléments associés par une opération unique. REVENDICATIONS 1) Dispositif redresseur à semi-conducteur du genre où un corps isolant sensiblement plat et une pièce de contact métallique en forme de plaque sont empilés sur une plaque support métallique avec alignement des perçages centraux destinés au passage d'une tige de montage et où au moins une pastille semi-conductrice fixée sur la plaque support est reliée à la pièce de contact et disposée à l'intérieur d'une ouverture du corps isolant placé entre ladite pièce de contact et ladite plaque support, cette ouverture traversant axialement ledit corps en une position excentrique par rapport au passage axial, caractérisé en ce que la plaque support est aménagée en plaque de refroidissement (2) avec une grande surface, en ce que la pièce de contact (6) est posée librement sur la face frontale du corps isolant (1) qui-est éloignée de ta plaque de refroidissement (2) et présenté une patte (7) s'étendant dans chacune des ouvertures excentriques(lb) dudit corps isolant, pour servir de conducteur de-raccordement supérieur à la pastille semi-conductrice (4) disposée dans ladite ouverture excentrique, et en ce que l'ensemble formé à l'intérieur de chaque ouverture excentrique (lb) du corps isolant, ensemble comportant la pastille semi-conductrice (4) et son conducteur de raccordement supérieur, se trouve enrobé dans la masse de matière plastique. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque de refroidissement (2) est en un alliage d'aluminium et comporte un revetement en nickel. , 3) Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les plaques de refroidissement présentent deux ou davantage d'évidements destinés à la mise en place en regard de chacune de ces ouvertures d'un corps isolant (1) et d'une pièce de contact (6). 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le corps isolant (1) est en céramique ou en matière plastique avec une métallisation (3) sur sa face destinée à être fixée sur la plaque de refroidissement (2). 5) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'ouverture (lb) destinée à recevoir une pastille semi-conductrice présente un dégagement(lc) destiné au guidage de la patte (7) de la pièce de contact (6). 6) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par la disposition entre la pastille semi-conductrice (4) et l'extrémité de la patte (7) de la pièce de contact (6) d'une pièce de contact additionnelle (5) favorisant le contact de la pastille semi-conductrice au cours du processus de brasage. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que l'évidement central de la plaque de re froiaissement (2) et l'alésage central correspondant du corps isolant (1) et de la pièce de contact (6) sont polygonaux. 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que deux ou davantage de dispositifs sont enfilés sur au moins une tige support dans une disposition et avec des connexions électriques adaptées au montage désiré.