Brevet FR2288396A1 — publié le 19760514

La présente invention concerne un dispositif à semi-conducteur de puissance refroidi par un tube de refroidissement qui comporte un ensemble monobloc surface d'évaporation - dispositif à semi conducteur Pour des applications dites de puissance par comparaison aux applications dites de signaux, on a été amenés à fabriquer des dispositifs à semi-conducteur de plus en plus grand. La plus grande taille, le courant plus éleva et le degré de puissance du dispositif neces sitent un moyen efficace pour l'élimination de la chaleur engen drée dans le dispositif afin de maintenir son fonctionnement dans son régime permanent nominal et dans des limites de températures transitoires. Comme il semble indubitable que dans le futur on cherchera encore à accroître le degré de puissance des dispositifs à semi conducteur au-delà de ceux présentement utilisés, il apparat immSdiatement que lton doit réaliser des moyens de refroidissement efficaces pour ces dispositifs de puissance. Des systèmes de refroidissement classiques pour des dispositifs à semi-conducteur de puissance, se présentent g#néralemnt sous la forme d'un radiateur à ailettes assurant le transfert de la chaleur par conduction, le corps du radiateur servant de moyen pour le transfert de la chaleur a partir du dispositif à semi conducteur. Une limitation inhérente des performances du radiateur à ailettes classique, résulte de l'inéfficacité du transfert de chaleur par conduction lorsqu'on accroît la longueur de transfert de chaleur (la longueur de la partie à ailettes et la longueur des ailettes).La résistance thermique du dispositif à semi conducteur a l'air aMbiant possède une lirai te de conduction telle qu'avec une Vitesse d'écoulement d'air de refroidissement fixée, le fait d'accroître la superficie des ailettes par augmentation de la longueur de la partie portant les ailettes ou l'augmentation de la hauteur des ailettes, ou avec une géométrie fixée, le fait d'accrottre la vitesse d'écoulement de l'air de refroidissentent ne diminue pas la résistance thermique. On connaît des dispositifs appelés tubes de refroidissement pour effectuer le transfert de chaleur par vaporisation d'une phase liquide d'un xéfrigérant fluide a deux phases contenu dans une chambre close ou tube, par application de la chaleur a une partie de vaporisation de la chambre.La partie de vaporise sation du tube de refroidissement reçoit par conséquent la chaleur du dispositif à r#froidir, et la vapeur cjiauffée étant sous une pression de vapeur relativement élevée, se place vers la zone de pression plus faible dans la Tartie de condensation de la chambre ol tube selon un procédé essentiellement isother miaue au cours duquel la vapeur se condense et le condensat retourne a la partie d'évaporation afin d'etr à nouveau vaporisé et ainsi recommencer le cycle de transfert de chaleur.La partie de condensation du tube de refroidissement est en effet un condenseur a sur ace refroidie par air, fonctionnant de façon à rejeter la chaleur dans 1'air ambiant. Pratiquement la totalité de la surface intérieure du tube de refroidissement est recouverte d'une mèche, qui sert, de manière classique a pomper le condensat vers la partie de vaporisation du tube de refroidissement par un phé- nombre de capillarité.Puisque le tube de refroidissement n'utilise pas le phénomène de conduction pour le transfert de chaleur (sauf pour le transfert de la chaleur dans et hors du tube le refroidissement) et par suite supprime les limitations propres au radiateur a ailettes classique, il semble raisonnable de penser que le tube de refroidissement sera un dispositif supérieur pour le refroidissement des dispositifs a semi-conducteur de puissance. On a rEcemment utilisé des tubes de refroidissement pour refroidir des dispositifs a semi-conducteur de puissance. La première utilisation connue de tubes de refroidissement avec des dispositifs a semi-conducteur de puissance a été le fait de la Société Heat Pipe Corporation of América of Westfieîd; New Jersey, dont le catalogue de ventes décrit des tubes de refroidissement utilisés pour le transfert de chaleur des moteurs électriques, des dispositifs a semi-conducteurs, des freins et des embrayages, etc. Une publication préparée par RCA Corporation at Lancaster Pa. décrit des dispositifs à thyristors refroidis par des tubes de refroidissement.Toutefois, le dispositif décrit ne possède pas l'aptitude du dispositif suivant la présente invention de démontage du dispositif a semi-conducteur, c'est-a-dire, que si l'on doit remplacer le dispositif a semi-conducteur, le tube de refroidis sement est également perdu, car la mèche est solidaire de ce dernier. L'utilisation d'un tube de refroidissement a moche dans le dispositif RCA introduit de grandes pertes thermiques, et en outre, les pertes de pompage de la mèche augmentent avec la longueur ce qui limite la longueur du tube de refroidissement utilisable effectivement. La présente invention utilise un tube de refroidissement ne comportant pas de mèche.Dans le dispositif RCA, la mèche est en contact direct avec le dispositif à semi-conducteur, ce qui ne permet pratiquement aucun emmagasinage de la chaleur lors de variations transitoires élevées de la chaleur. Ainsi pendant une variation brutale de la chaleur, le dispositif RCA, ne semble pas capable de diminuer l'élévation de température qui en résulte, du fait que la température de la mèche s'élève à la mèrne vitesse environ que la variation de chaleur et resulterait probablement en un séchage de la mèche.Suivant la présente invention, on utilise une plaque de pression entre le dispositif s-i-conducteur et la partie d' 6vaporation du tube de refroidls- sement, afin d'obtenir un emmagasinage de chaleur pendant les variations brutales de la chaleur.Enfin, on a décrit le refroidissement de dispositif à seel-conducteur au moyen de tubes de rg froidissoe-nt dans un article intitulé : APPLICATION OF EXEAT PIPES TO TEE COOLING OF POWER SEMICONDUCTORS par Edvard J.Kroliazek Dynatherm Corporation Cockeysville. Nd. Cet article décrit le montage d'un dispositif à s"Mi-conducteur de puissance et d'un tube de refroidissement qui se différencie de la présente invention du fait qu'on a utilisé un tube de refroidissaient à mèche. Ce, dispositif utilise égalaient deux tubes de refroidissement pour le refroidissaient d'un seul côté, chacun des tubes ayant une section droite faible et une forme aplatie ce qui augment aussi de façon importante la résistance thermique. L'orientation des petits tubes de refroidissement par rapport aux larges ailettes de ce dispositif, a également pour résultat une mauvaise répar- tition de la chaleur, car le transfert de chaleur par conduction est nécessaire pour faire passer la chaleur latéralement des bords des tubés de refroidissement aux parties extérieures des ailettes. On connais des dispositifs à semi-conducteur de puissance refroidis par des tubes de refroidissement du type à retour par gravités et ne comportant pas de mèche. Cependant, dans ces applications, le dispositif à semi-conducteur est serré entre deux plaques de pressio#n de taille relativement grande sous une pression élevée de façon à obtenir des interfaces de pression qui assurent une résistance thermique en régime permanent relativement faible, ainsi qu'une diminution de l'élévation de température transitoire pour des surcharges de chaleur à long terme.Bien que le dispositif ci-dessus soit totalement satisfaisant pour certaines applications, il existe des applications pour lesquelles il est souhaitable de former le dispositif à semi-conducteur et son support sous forme d'un élément monobloc plus mince ne nécessitant pas d'interfaces de pression pour améliorer la réponse en régime transitoire ainsi que pour réduire la résistance thermique en régime permanent. La présente invention fournit un dispositif à semi-conducteur de puissance refroidi par un tube de refroidissement qui se compose d'un dispositif à semi-conducteur de puissance solidaire de coupelles minces comprenant les surfaces d'évaporation de deux tubes de refroidissement à retour par gravité et sans mèche. On refroidit par cette méthode les deux côtés du dispositif à semi-conducteur. Cet ensemble monobloc dispositif à semi-conducteur-surfacès d'évaporation ne renferme pas d'interfaces de pression car le corps en matériau semi-conducteur est lié ou réuni d'une autre manière au moyen de deux coupelles minces aux surfaces d'évaporation des tubes de refroidissement. Dans une première réalisation de la présente invention, les côtés de l'élément monobloc dispositif à semi-conducteur-surfaces d'évaporation, qui comprennent également un moyen d'accroissement du trajet de cheminement d'arc sont plus ou moins réunis de façon permanente à la paroi des tubes de refroidissement et ne nécessitent en quelque sorte aucune force de serrage.Dans une seconde réalisation, les côtés de l'élément monobloc mince dispositif à semi-conducteur-surfaces d'évaporation, sont scellés aux tubes de refroidissement par des bagues toriques et une faible force de serrage est nécessaire pour retenir les deux tubes de refroidissement et l'élément monobloc dispositif à semi-conducteur-surfaces d'évaporation en un ensemble dans lequel l'élément monobloc est remplaçable rapidement. Les surfaces d'évaporation des tubes de refroidissement peuvent être chacune une structure métallique poreuse mince frittée sur une surface principale de la coupelle mince, c'est-à-dire en fait réunie à une surface principale du corps en matériau semi-conducteur.En variante, la surface d'évaporation peut être une mince surface irrégulière formée de plusieurs éléments métalliques, tels que de petites ailettes ou des protubérances qui sont réunies à la surface principale de la coupelle mince. La minceur de l'élément monobloc dispositif à semi-conducteur-surfaces d'évaporation et l'absence de toute pression d'interface dans celui-ci, améliorent la résistance thermique en régime permanent ainsi que la réponse au régime transitoire de l'élément monobloc dispositif à semi-conducteursurfaces d'évaporation produisant ainsi un refroidissement par vaporisation améliorée du dispositif à semi-conducteur. La suite de la description se réfère aux dessins annexés qui représentent Figure 1, une vue en élévation partiellement en coupe, d'une première réalisation du dispositif à semi-conducteur de puissance refroidi par un tube de refroidissement, dans lequel un élément monobloc dispositif à semi-conducteur-surfaces d'évaporation est plus ou moins réuni de façon permanente aux parois des tubes de refroidissement. Figure 2, une vue en élévation, partiellement en coupe, de la partie du dispositif de la figure l, montrant l'élément monobloc dispositif à semi-conducteur-surfaces d'évaporation suivant une seconde réalisation dans laquelle cet élément est facilement rem plaçable Figure 3, une vue en coupe agrandie faite suivant la ligne 3-3 de la figure 1, de deux types de surfaces d'évaporation améliorée que l'on peut réunir à la mince coupelle formant une extrémité de chacun des tubes et, Figure 4, une vue en coupe de l'élément monobloc dispositif à semi-conducteur-surfaces d'évaporation. Sur la figure 1, on a représenté une première réalisation de la présente invention, dans laquelle deux tubes de refroidissement ne comportant pas de mèche, du type à retour par gravité, 10 et 20 sont utilisés pour obtenir un refroidissement des deux cotés d'un dispositif à semi-conducteur de puissance 11. Le dispositif à semi-conducteur de puissance est ici un dispositif qui fournit une densité thermique d'au moins 100 watts par 6,5 cm2 le long dé ses surfaces. Le dispositif à semi-conducteur de puissance il est un corps en matériau semi-conducteur ayant une première et une seconde surfaces principales planes parallèles lia et Iib respectivement. Les fragiles jonctions de silicium du corps Il sont habituellement protégées contre des contraintes thermiques et mécaniques par la mise en contact sous pression d'une plaque support de tungstène ou de molybdène par exemple sur une des surfaces principales, et par brasage ou toute autre méthode de liaison d'une seconde plaque support sur la seconde surface principale. Cette disposition classique empêche une fissuration ou d'autres endommagements du corps semi-conducteur qui pourraient résulter des contraintes de dilatation thermique provoquées par l'élévation brutale de température dans les jonctions pendant un fonctionnement transitoire qui peut atteindre 2000C.En outre, le dispositif en couches plaques de support-corps semi-conducteur est généralement maintenu en contact de haute pression entre deux plaques de pression qui sont serrer ensemble pour exercer une pression élevée de l'ordre de 140,6 kg/cm uniformément contre le dispositif à semi-conducteur de puissance. Cette pression élevée a pour résultat de faibles résistances thermiques et électrique aux interfaces de pression de l'ordre de O,0150C.6,45 cm2 par watt et 20 x 10 6 ohms res- pectivement.Des dimensions classiques pour le dispositif décrit ci-dessus sont les suivantes : le corps en matériau semi-conducteur a une épaisseur de 0,254 mm, un diamètre de 50,8 mm pour un dispositif à semi-conducteur de tension et intensité nominales de 1200 volts et 700 ampères, les plaques support ont chacune une épaisseur de 1 mm environ et les plaques de pression ont une épaisseur comprise entre 2,54 mm et 7,62 mm. Les plaques de pression ont des aptitudes au stockage de chaleur importantes du fait de leur taille relativement grande et elles assurent un amortissement des variations transitoires de chaleur qui peuvent apparaitre. Cependant, la présence d'interfaces de pression entre les plaques de pression et les plaques support et entre une des plaques support et le corps semi-conducteur, limite les résistances minimales totales thermiques jonction silicium-air ambiant et électriques que l'on peut obtenir dans le dispositif à semiconducteur refroidi par un tube de refroidissement comme décrit ci-dessus. La présente invention concerne l'élimination de ces interfaces de pression. La présente invention élimine les interfaces de pression décrites ci-dessus de la manière suivante Des surfaces principales lia et llb du corps semi-conducteur 11 sont brasées respectivement ou liées d'une autre manière sur les surfaces inférieures extérieures de deux minces coupelles 12 et 13 faites en un matériau, de résistance mécanique élevée ayant de bonnes conductivités thermique et électrique et un coefficient de dilatation thermique pratiquement égal à celui du matériau semiconducteur. Dans le cas de corps semi-conducteur en silicium, les coupelles 12 et 13 peuvent être fabriquées en molybdène ou tungstène par exemple. Dans le cas de dispositif à semi-conducteur ayant une tension nominale de 1200 volts et une intensité nominale de 700 ampères, l'épaisseur de chaque coupelle 12 et 13 se situe entre 0,0508 mm et 0,1524 mm. C'est cette minceur qui évite l'établissement de contraintes de dilatation thermique aux interfaces coupellescorps semi-conducteur et permet l'établissement de connexions du type liaison directe plutôt que l'utilisation d'interfaces de pression. La fonction des surfaces d'évaporation (ou support pour la surface améliorée) de ces coupelles est également un aspect important de l'invention et sera décrite dans la suite en même temps que les tubes de refroidissement sans mèche à retour par gravité. Les parties extérieures des parois latérales des coupelles 12 et 13 fournissent un support pour un moyen d'allongement du trajet de cheminement d'arc 14 qui est un matériau isolant électriquement en matériau céramique ou autres formé le long de la hauteur totale des parois latérales des coupelles 12 et 13, ceci afin d'augmenter le trajet de cheminement d'arc à travers le dispositif à semi-conducteur 11. Ce moyen d'augmentation du trajet de cheminement d'arc 14, peut être une céramique, une composition de caoutchouc dé silicone telle que celle du type vulcanisable à température ambiante produite par la General Electric Company et est de préférence formée avec une surface extérieure irrégulière, afin d'obtenir encore une augmentation du trajet de cheminement d'arc pour empêcher l'éclatement d'arc entre les coupelles.Dans le cas d'une composition de caoutchouc de silicone 14 comme le montre la figure 2, il est préférable de remplir entièrement le vide existant entre les coupelles 12 et 13 pour ainsi fournir un joint exempt de poussière autour du dispositif à semi-conducteur de puissance 11. La composition de caoutchouc est alors placée autour des surfaces latérales extérieures des coupelles pour obtenir le trajet de cheminement d'arc accru entre les coupelles et à travers le dispositif à semi-conducteur. Dans le cas d'une composition céramique 14 comme le montre la figure 1, la céramique n'a pas besoin de remplir entièrement le vide existant entre les coupelles 12 et 13 et peut avoir un alésage 3, l'espace restant 14a entre les coupelles étant de préférence rempli avec un gaz inerte tel que l'azote ou avec du caoutchouc de silicone.Le moyen accroissant le trajet de cheminement 14 des coupelles 12 et 13 (avec le moyen d'amélioration de la surface d'évaporation qui sera décrit ci-après), et le dispositif à semi-conducteur de puissance 11 forment une structure (représentée séparément sur la figure 4) que l'on désignera par la suite comme élément monobloc, dispositif à semi-conducteur-surfaces-d'évaporation. La nécessité d'accroitre le trajet de cheminement d'arc entre les coupelles 12 et 13 est évidentes la vue de l'extrême minceur de l'élément monobloc qui peut être aussi petit que 0,3556 mm pour les dimensions données ci-dessus (coupelles d'épaisseur de 0,059 mm chacune) et pour un dispositif à semi-conducteur classique ayant un potentiel anode-catode de 1200 volts. Les tubes de refroidissement 10 et 20 se composent chacun d'une chambre close ou tube qui comporte une partie de vaporisation en contact avec la source de chaleur (le dispositif à semi-conducteur à refroidir) et une partie de condensation qui se trouve à l'extrémité opposée de la chambre et peut être séparée d'une distance de plusieurs fois 30 cm. Les tubes de refroidissement contiennent un réfrigérant fluide à deux phases et effectuent le transfert de chaleur par vaporisation de la phase liquide de réfrigérant ce qui provoque la conduction de la chaleur à travers les coupelles 12 et 13 du dispositif à semi-conducteur de puissance 11 vers les parties d'évaporation des tubes de refroidissement. La partie d'évaporation de chaque tube de refroidissement reçoit ainsi la chaleur du dispositif à refroidir et la vapeur chauffée, qui est sous une pression de vapeur relativement plus élevée, se déplace vers la zone de pression plus basse dans la partie de condensation du tube de refroidissement qui fonctionne comme un condenseur de surface où la vapeur se condense, le condensat retournant vers la partie d'évaporation pour être à nouveau vaporisé et ainsi recommencer le cycle de transfert de chaleur. La partie de condensation de chaque tube de refroidissement a une masse thermique relativement élevée du fait de la grande superficie de celle-ci, et est de préférence pourvue d'un radiateur à ailettes pour fonctionner comme un condenseur à surface refroidie par air rejetant la chaleur dans l'air ambiant qui entoure cette partie de condensation. Pour obtenir l'élimination plus efficace de la chaleur dans l'air ambiant, on peut utiliser un ventilateur ou d'autres moyens pour obtenir un refroidissement par air forcé, ceci en conférant à l'air ambiant passant entre les ailettes de refroidissement une vitesse suffisante comme le montrent les flèches de la figure 1.Dans les tubes de refroidissement classiques on utilise une structure de pompage par capillarité ou mèche saturée en phase liquide de réfrigérant, pour pomper par action de capillarité, le condensat vers la partie d'évaporation du tube de refroidissement. Cependant, une mèche n'est pas essentiel au fonctionnement du tube de refroidissement lorsque ce dernier est du type à alimentation par gravité, c'est-à-dire lorsque le tube est orienté suivant un angle par rapport à l'horizontal qui n'est pas nécessairement l'angle extrême de 900 indiqué sur la figure 1. Généralement on conçoit les tubes de refroidissement classiques pour un fonctionnement suivant une orientation horizontale ou suivant de petits angles par rapport à l'horizontal. Dans ce cas, il est nécessaire d'utiliser une mèche pour pomper le fluide condensé de la partie de condensation vers la partie d'évaporation. Dans un tube de refroidissement du type à alimentation par gravité, le fluide condensé retourne vers la partie d'évaporation par gravité. La suppression de la mèche le long des différentes surfaces internes du tube de refroidissement entraine une réduction de la résistance thermique car cette mèche ajoute une autre composante de résistance thermique (perte) dans le système. En outre, l'utilisation d'un tube de refroidissement à mèche limite la longueur effective du tube de refroidissement que l'on peut utiliser car les pertes de pompage associées avec la mèche augmentent en fonction de la longueur du tube de refroidissement. Pour ces raisons, on emploie le tube de refroidissement à retour par gravité dans les deux réalisations des figures 1 et 2 avec pour résultat un refroidissement plus efficace. Du fait que la section d'évaporation (surface d'ébullition) de chaque tube de refroidissement est relativement petite comparée à la grande surface de la partie de condensation, il est souhaitable d'augmenter cette surface d'ébullition (évaporation) et/ou de faire varier les réseaux d'écoulement de fluide locaux, de façon à obtenir une vitesse d'évacuation de la chaleur maximale à partir des coupelles 12 et 13 (et par conséquent à partir du dispositif à semi-conducteur 11). Par conséquent, afin d'améliorer (accroitre) la vitesse de vaporisation dans les tubes de refroidissement, on prévoit un moyen le long des surfaces intérieures inférieures de chaque coupelle 12 et 13 qui forment une extrémité de chaque tube de refroidissement, afin d'améliorer la surface d'évaporation de la partie de vaporisation des tubes de refroidissement.Ce moyen d'amélioration de la surface d'ébullition peut etre une structure en couche 15 d'épaisseur uniforme comprise entre 0,254 mm et 1 mm en matériau métallique poreux tel que du FOAMETAL fabriqué par Hogen Industries, Willoughby, Ohio qui est du nickel ayant une porosité donnée comprise entre 60 et 95 % et qui est fritté ou réuni d'autre manière à la surface inférieure interne de la coupelle 12 afin de changer localement les réseaux d'écoulement de fluide. La couche 15 peut être aussi formée de cuivre poreux ou d'acier inoxydable, ce dernier métal bien sur n'étant pas utilisé lorsque le réfrigérant est de l'eau. En variante, ce moyen d'amélioration de la surface évaporation peut être une mince surface irrégulière 16 formée d'un ensemble d'éléments métalliques pleins et petits tels que des cylindres 16a ou des protubérances carrées 16b (aussi représentés sur la figure 3) ou de petites ailettes qui sont réunies de façon appropriée aux surfaces inférieures intérieures de la coupelle 13 pour augmenter la superficie de la surface d'évaporation. Bien évidemment, on utilise en général le même moyen d'amélioration de la surface d'évaporation dans les deux tubes de refroidissement comme indiqué sur la figure 4.La surface irrégulière 16 qui se présente comme des protubérances de types différents 16a116b ou de courtes ailettes peut être formée des mêmes métaux que ceux utilisés pour la structuiren couche c'est-à-dire du nickel, du cuivre ou de l'acier inoxydable par exemple ou peuvent être des métaux identiques ou différents à ceux utilisés pour la fabrication des coupelles 12 et 13. Ces éléments métalliques formant la surface irrégulière sont en général fabriqués séparément puis réunis à la surface de la coupelle par frittage, brasage à basse température ou par des techniques de métallurgie des poudres. On peut également fabriquer directement la surface irrégul hère sur les coupelles.A titré d'exemple, la dimension des éléments de surface irrégulière, est de 3,81 mm de haut, 0,64 cm2 sur la surface supérieure et 3,81 mn sépare centre à centre deux éléments adjacents. En général, ces éléeeuts recouvrent entièrement les surfaces inférieures intérieures des coupelles. Du fait que les tubes de refroidissement n'utilisent pas la conduction comme processus de transfert de chaleur, (exceptE pour le transfert de la chaleur dans et hors des parois du tube de refroidissement), le transfert de chaleur le long de chaque tube de refroidissement est un processus essentiellement isothermique d'évaporation et de condensation gracie à quoi, la partie de condensation de chaque tube de refroidissement se trouve pratiquement à la même température que la partie d'évaporation. Ce processus de transfert de chaleur est aussi connu sous le nom de transfert de chaleur en phase vapeur. La principale différence entre le tube de refroidissement de l'invention et les dispositrfs de refroidissement classiques par eau ou à ailettes refroidies par air est l'aptitude au transfert de chaleur le long de toute la longueur sans variation notable de la température ce qui assure une aptitude au refroidissement plus importante, que les dispositifs classiques.On a représenté sur la figure 1, les tubes de refroidissement à alimentation par gravité 10 et 20 comme étant orientés verticalement (bien que comme mentionné précédemment, cette orientation peut être moindre que 900 par rapport à l'horizontal), où les chambres closes des tubes de refroidissement sont délimitées par des parois latérales 10a 20a, des coupelles 12, 13 formant une paroi terminale pour les parties d'évaporatlon et un bouchon approprié à l'extrémité des parties de condensation. La section droite du tube de refroidissement peut être circulaire, carrée ou rectangulaire par exemple.Dans le cas ou la section droite du tube de refroidissement est carrée ou rectangulaire, on peut immédiatement souder ou relier d'une autre manière convenable, des conducteurs de courant 17 et 18 aux surfaces correspondantes des tubes de refroidissement 10 et 20 voisines des extrémités de la partie d'évaporation afin de fournir du courant électrique au dispositif à semi-conducteur 11. La paroi latérale de chaque tube de refroidissement est faite d'un métal ayant une conductivité thermique élevée tel que du cuivre et a une épaisseur de l'ordre de 1 mm. A titre d'exemple, pour un dispositif à semi-conducteur de puissance ayant un courant nominal en régime permanent de 700 ampères, chaque tube de refroidissement a 20,32 cm de long et une section droite de 9,67 cm2. Le bouchon peut être fabriqué en un matériau compatible tel que du cuivre et est relié de façon appropriée à l'extrémité de la partie de condensation par brasage ou tout autre procédé de réunion de métaux bien connu, de façon à former une chambre scellée dans le tube de refroidissement. Les parois latérales 10a et 20a des tubes de refroidissement sont aussi soudes! brasées ou reliées de façon plus ou moins permanente par tout autre procédé, le long des parois latérales intérieures des coupelles 12 et 13 afin de fournir respectivement le joint approprié avec cellesci.Les parois latérales 10a 20a peuvent être pourvues de colliers électriquement isolants 10b et 20b au voisinage des extrémités de la partie d'évaporation des tubes de refroidissement afin d'isoler les parties de condensation à ailettes des tubes de refroidissement des tensions appliquées par l'intermédiaire des conducteurs 17, 18 au dispositif à semi-conducteur 11 par l'intermédiaire des parties les plus basses voisines des parois latérales. Ainsi, chaque paroi latérale 10a, 20a est généralement séparée en deux parties par le collier isolant 10b, 20b, respectivement. Dans le cas de tubes de refroidissement-à section droite ou rectangulaire (ou même carrée) la partie la plus inférieure 10c, 20c de chaque tube de refroidissement qui renferme la surface d'évaporation 15 ou 16 a de préference une section droite circulaire et est orientée horizontalement. Cette extrémité circulaire 10c, 20c du tube de refroidissement est brasée ou réunie de toute autre façon le long des bords d'un trou circulaire formé dans le coté de plus grande dimension du tube de refroidissement adjacent à la partie de base de section droite rectangulaire (ou carrée) du tube de refroidissement. Le radiateur à ailettes le long de la surface extérieure de la partie de condensation de chacun des tubes de refroidissement se compose de grandes ailettes 10d , 20d qui peuvent être du type ailettes recourbées ou planes et sont fabriquées en un matériau de haute conductivité thermique tel que du cuivre. Les ailettes se prolongent vers l'extérieur à partir des parois latérales de chaque tube de refroidissement d'une distance représentant de 0,5 à une fois la dimension séparant les parois opposées auxquelles elles sont reliées. Pour des commodités de fabrication, le tube de refroidissement a habituellement une section droite rectangulaire et les ailettes de refroidissement ont une longueur égale à celle du coté de plus grande dimension du tube de refroidissement et y sont fixées. La phase liquide 10e du réfrigérant fluide à deux phases est de faible volume, et a une profondeur simplement suffisante, dans la partie d'évaporation de chaque tube de refroidissement, pour complètement immerger la partie chauffée du moyen d'amélioration de la surface d'ébullition 16 (ou 15) sur les coupelles 12, 13. Le réfrigérant 10e peut être de l'eau ou un fréon par exemple. En fonctionnement, la chaleur engendrée dans le dispositif à semiconducteur de puissance Il est conduite à travers les coupelles 12 et 13 jusqu'au moyen d'amélioration de la surface d'évaporation 16 ou 15 où elle vaporise le réfrigérant liquide 10e. Le réfrigérant sous forme vapeur se déplace alors vers la partie de condensation de chaque tube sous l'effet de la différence de pressions de vapeur et se condense en un liquide qui retourne vers la partie d'évaporation sous l'effet de la gravité.La chaleur de condensation est absorbée par les parois de la partie de condensation du tube de refroidissement qui, du fait de sa grande surface a une masse thermique importante et cette chaleur est conduite jus'au radiateur à ailettes 10d et finalement jusqu'à l'air ambiant qui s'écoule entre ces ailettes à une vitesse relativement élevée afin d'obtenir un refroidissement des ailettes par air forcé. Sur la figure 2, on a représenté une autre réalisation de l'invention, concernant en particulier une connexion non permanente de l'élément monobloc dispositif semi-conducteur-surfaces d'évaporation aux parois latérales 10c, 20c, des tubes de refroidissement. Ainsi, sur la figure 2, un moyen de serrage fournit une faible force de serrage de l'ordre de 4,53 kg afin de retenir les deux parties terminales circulaires 10c, 20c des deux tubes de refroidissement.Cette force de serrage ne crée pas, bien évidemment, d'interfaces de pression dans l'élément monobloc dispositif à semi-conducteur-surfaces d'evaporation. Les extrémités de la partie d'évaporation des tubes de refroidissement, c'est-a-dire les extrémités des parties circulaires voisines de ltelement monobloc dispositif à semi-conducteur-surfaces d'évaporation) comportent des brides et deux rondelles 21 sont serrées ensemble, le long d'épaulements extérieurs de brides situées aux extrémités des tubes de refroidissement. On prévoit des joints toriques 22 (situés dans des rainures formées dans les brides) entre ces brides et l'élément monobloc dispositif à semi-conducteur-surfaces d'évaporation, pour assurer un joint hermétique pour le dispositif à semi-conducteur 11.Le moyen de serrage des brides des tubes de refroidissement par exemple peuvent être un groupe d'ensemble goujons-écrous métalliques 23 muni de rondelles électriquement isolantes appropriées 24 dans lesquelles passe chaque goujon à travers des trous alignés formés dans les éléments 21 comme représenté sur la figure 2. En variante, les éléments 21 peuvent être fabriqués d'une seule pièce avec les extrémités en forme de bride des tubes de refroidissement et ces ensembles sont alors serrés ensemble au moyen des ensembles goujons-écrous. Les goujons métalliques comportent des manchons isolants électriquement 23a pour empêcher un court-circuit électrique à travers les extrémités du tube de refroidissement par l'intermédiaire de ces goujons.Le cas échéant, on peut relier les conducteurs de courant électrique 17 et 18 aux éléments 21 par soudage à deux bornes reliées à ces éléments ou à des saillies formées sur ces éléments. Llensem- ble goujon-êcrou de la figure 2, permet un démontage facile (et un remplacement) de l'élément monobloc, dispositif à semi-conducteursurfaces d'évaporation des deux tubes de refroidissement. Dans le cas où le dispositif à semi-conducteur est du type à trois électrodes, la troisième électrode (généralement la gâchette ou électrode de commande) est pourvue d'une connexion à un troi sième conducteur électrique 25 qui peut être amené à l'extérieur du dispositif 11 et traverse le moyen d'augmentation du trajet de cheminement d'arc 14. Sur la figure 3 on a représenté 2 moyens d'amélioration de surface d'évaporation 16 se présentant sous la forme de surface irrégulière. Ainsi, de petites protubérances cylindriques 16a ou carrées 16b font saillies à l'extérieur a partir de la surface de la coupelle 13 perpendiculairement a 'celle-ci. Ces protubérances sont de préférences pleines car on souhaite obtenir une conductivité thermique élevée dans la direction normale. Bien évidemment, on pourrait utiliser des protubérances ayant d'autres formes géométriques, ou encore la surface d'évaporation améliorée pourrait être faite de façon plus irrégulière, lorsqu'un motif symétrique ou régulier des protubérances n'est pas nécessaire comme représenté sur la figure 3. L'utilisation de l'élément monobloc dispositif a semi-conducteur-surfaces d'évaporation a pour résultat une résistance thermique en régime permanent dans l'ensemble jonction (silicium)surfaces d'évaporation de 0,0040C par watt pour des coupelles en molybdène d'épaisseur 0,1524 mm au lieu de 0,0360C par watt pour les réalisations antérieures. Cette réduction importante de la résistance thermique en régime permanent est le résultat de l'élimination des interfaces de pression et du plus petit volume dé métal utilisé dans l'élément monobloc dispositif à semi-conducteursurfaces d'évaporation. La minceur de cet élément place la surface d'évaporation très près de la jonction du corps semi-conducteur pour diminuer le temps de réponse en régime transitoire et l'élE- ment et fournit donc un dispositif à réponse thermique rapide. Bien évidemment, la minceur de l'élément nécessite un certain sacrifice vis-a-vis des variations transitoires de chaleur comparées à d'autresxélements ayant également de bonnes interfaces thermiques et un volume suffisant de matériau de stockage de chaleur, car Pàptitude au stockage de la chaleur des coupelles 12 et 13 est limitée. Cependant, par rapport à l'élément décrit précédemment, ltelement monobloc mince fournit une performance supérieure à la fois pour les régimes transitoires courts et longs ainsi que pour le régime permanent car les interfaces thermiques supérieures et l'élimination des interfaces de pression dans-cet élément font plus que remédier à l'aptitude limitée de stockage de la chaleur. Toutefois, dans le cas de coupelles en molybdène ou tungstène, la minceur ne peut pas dépasser de beaucoup 0,15 mm sans qu'il résulte des contraintes de dilatation thermique pendant le fonctionnement du dispositif provoquant des endommagements du corps semi-conducteur. Toutefois, on peut fabriquer des coupelles plus épaisses afin d'obtenir des capacités de stockage de chaleur plus importantes en les fabricant en matériau plus doux tel que l'aluminium ou le cuivre. Dans ce cas, l'épaisseur de la coupelle peut atteindre 0,254 mm, sans provoquer de dommage dans le corps semi-conducteur, du fait des contraintes de dilatation thermique. Dans le cas de coupelles en aluminium ou en cuivre, il peut être nécessaire de prévoir un joint en alliage ou un procédé de compression thermique pour obtenir la liaison voulue entre le corps semi-conducteur 11 et les coupelles 12 et 13.Ce joint en alliage ou ce procédé de compression thermique peut aussi servir lorsque les coupelles sont faites en molybdène ou tungstène plus rigides. Il ressort de ce qui précède que l'invention fournit un système de refroidissement pour des dispositifs à semi-conducteur de puissance qui est supérieur aux systèmes classiques de refroidissement à ailettes dans ces caractéristiques de réponse, à la fois en régime permanent et en régime transitoire. L'élimination de la mèche dans le tube de refroidissement à alimentation par gravité élimine une source de résistance thermique et une limitation possible de l'aptitude totale à supporter le courant pour ainsi obtenir un dispositif à semi-conducteur de puissance refroidi par un tube de refroidissement plus efficace. L'élément monobloc mince dispositif à semi-conducteur-surfaces d'évaporation et l'élimination des interfaces de pression dans ce dispositif fournissent aussi un sous ensemble ayant une résistance thermique en régime permanent plus faible que ceux décrits précédemment.Cette résistance thermique en régime permanent plus faible a pour résultat que la partie de condensation des tubes de refroidissement suivant l'invention sont capables de transférer de la chaleur dans le milieu ambiant avec une meilleure efficacité que les dispositifs classiques à ailettes ou d'autres ensembles de dispositifs à semi-conducteur refroidis par des tubes de refroidissement tels que mentionné ci-dessus, et on obtient ainsi une température de fonctionnement plus basse du dispositif à semi-conducteur. Du fait que l'élément monobloc dispositif à semi-conducteur de puissance-surfaces d'évaporation comporte un moyen d'accroissement du trajet de cheminement d'arc, le remplacement d'un tube de refroidissement est moins coûteux divis la réalisation de la figure 2. Enfin, les colliers électriquement isolants 10b et 20b permettent de placer les parties refroidies par air forcé à l'extérieur d'un coffret dans lequel on monte l'élé- ment monobloc dispositif à semi-conducteur-surfaces d'évaporation, et ces parties à ailettes 10d, 20d, sont ainsi isolées électriquement des hautes tensions appliquées au corps semi-conducteur. De meme ces colliers électriquement isolants permettent d'exposer des ailettes de refroidissement 10d à un air poussièreux sans possibilité d'accroissement de la conduction de surface le long du trajet de cheminement d'arc autour du corps à semi-conducteur, ce qui a lieu avec des dispositifs de refroidissement à ailettes classiques ou des tubes de refroidissement né comportant pas ces colliers et fonctionnant dans un air poussièreux. REVENDICATIONS 1 - Dispositif à semi-conducteur refroidi par un tube de refroidissement, caractérisé en ce qu'il comprend un élément monobloc sans interfaces de pression, dispositif à semi-conducteursurfaces d'évaporation comprenant un dispositif à semi-conducteur constitué d'un corps en matériau semi-conducteur présentant une première et une seconde surfaces principales parallèles planes, une première et une seconde coupelles ayant des surfaces inférieures extérieures liées respectivement à la première et à la seconde surfaces parallèles planes du corps en matériau semi-conducteur de sorte que l'ensemble dispositif à semi-conducteur de puissance coupelles soit exempt d'interfaces de pression, lesdites coupelles étant faites d'un matériau ayant une bonne conductivité thermique et électrique, et un moyen d'allongement du trajet de cheminement d'arc formé le long des parois latérales extérieures desdites coupelles afin d'augmenter le trajet de cheminement d'arc à travers ledit dispositif à semi-conducteur, ledit dispositif à semi-conducteur étant défini comme engendrant une densité thermique d'au moins 2 100 watts par 6,45 cm , un premier tube de refroidissement allongé sans mèche du type à retour par gravité, dont une extrémité forme une partie d'évaporation ouverte, fermée par ladite coupelle le long de la paroi latérale de celle-ci et fixée à ladite coupelle sans application de pression élevée, une surface intérieure de ladite première coupelle fonctionnant comme une surface d'évaporation à l'extrémité de la partie d'évaporation dudit premier tube de refroidissement, ledit élément monobloc dispositif à semi-conducteur de puissance-surfaces d'évaporation comprenant en outre des moyens liés seulement le long de ladite surface intérieure de ladite première coupelle pour améliorer la surface d'évaporation de celle-ci afin d'accroître la vitesse de transfert de chaleur de la première coupelle à un refrigérant liquide situé dans ledit premier tube de refroidissement qui se vaporise, l'espace restreint entre la surface d'évaporation et ledit dispositif à semi-conducteur de puissance engendrant la chaleur du fait de la finesse de ladite première coupelle et de l'absence de toute interface de pression dans l'élément monobloc dispositif à semi-conducteur de puissance-surfaces d'évaporation, diminuant la résistance thermique en régime permanent et améliorant la réponse en régime transitoire du dispositif à semi-conducteur de puissance refroidi par tube de refroidissement afin d'obtenir un refroidissement amélioré par vaporisation d'un seul coté du dispositif. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un second tube de refroidissement allongé, sans mèche, du type à retour par gravité ayant une extrémité de-partie d'évaporation ouverte fermée par une seconde coupelle le long de la paroi latérale de celie-ci et fixée à cette seconde coupelle, sans application de pression élevée, une surface intérieure de ladite seconde coupelle fonctionnant comme une surface d'évaporation dans l'extréntité de la partie d'évaporation dudit second tube, ledit élément monobloc dispositif à semi-conducteur-surfaces d'évaporation comprenant en outre des moyens liés seulement le long de la surface intérieure de ladite seconde coupelle pour améliorer la surface d'évaporation de celle-ci afin d'augmenter la vitesse de transfert de chaleur de ladite seconde coupelle à un réfrigérant liquide situé dans ledit second tube qui se vaporise afin d'obtenir un refroidissement amélioré#par vaporisation des deux cotés du dispositif. 3 3 - Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits premier et second tubes de refroidissement comprennent une première et une seconde chambres creuses allongées closes comr portant des parties d'évaporation à des premières extrémités de celles-ci respectivement délimitées par ladite première et ladite seconde coupelles minces et des parties de condensation à des secondes extrémités de celles-ci éloignées desdites premières--éxtré- mités, un réfrigérant fluide à deux phases contenu dans LeXaites chambres et en volute suffisant à 1'état liquide pour immerger au moins la partie chauffée du moyen améliorant la surface d'évaporation dans le réfrigérant liquide, et des premier et second conducteurs électriques reliés respectivement audit dispositif à semiconducteur de puissance. 4 - Dispositif suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'au moins une partie importante desdits premier et second tubes de refroidissement est orientée suivant un angle supérieur à Oo par rapport à l'horizontal. 5 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend un troisième conducteur électrique relié audit dispositif à semi-conducteur de puissance, ce dispositif à semi-conducteur de puissance étant du type à trois électrodes. 6 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5 caractérisé en ce que les parties de condensation desdites chambres sont pourvues d'ailettes de refroidissement le long des surfaces extérieures de celles-ci afin d'augmenter la vitesse de transfert de chaleur à l'air ambiant entourant ledit dispositif. 7 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites coupelles ont chacune une épaisseur comprise entre 0,0508 mm et 0,254 mm. 8 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites coupelles sont faites en un métal choisi dans le groupe comprenant le cuivre et l'aluminium. 9 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que lesdites coupelles ont chacune une épaisseur comprise entre 0,0508 mn et 0,1524 mm. 10 - Dispsoitif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6 et 9, caractérisé en ce que lesdites coupelles sont faites en un métal choisi dans le groupe comprenant le tungstène et le molybdène. 11 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit moyen d'amélioration de la surface d'évaporation est constitué de deux structures en couches de métal poreux fritté sur la surfacé intérieure desdites coupelles. 12 - Dispositif suivant la revendication 11, caractérisé en ce que lesdites structures en couches de métal poreux ont une épaisseur uniforme comprise entre 0,254 mm et 1,27 mm. 13 - Dispositif suivant la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que lesdites structures métalliques poreuses sont faites d'un métal choisi dans le groupe comprenant le cuivre, le nickel et l'acide inoxydable. 14 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ledit moyen d'amélioration de la surface d'évaporation est une surface irrégulière formée sur les surfaces intérieures desdites coupelles afin d'augmenter la superficie de ces surfaces. 15 - Dispositif suivant la revendication 14, caractérisé en ce que ladite surface irrégulière se compose de petites ailettes faites de matériau conducteur de la chaleur. 16 - Dispositif suivant la revendication 13 ou 14 caractérisé en ce que ladite surface irrégulière se compose d'un ensemble de petits éléments métalliques pleins liés aux surfaces intérieures desdites coupelles 17 - Dispositif suivant la revendication 16, caractérisé en ce que lesdits petits éléments métalliques pleins ont une section droite circulaire. 18 - Dispositif suivant la revendication 16, caractérisé en ce que lesdits petits éléments métalliques pleins ont une section droite carrée. 19 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 16 à 18 caractérisé en ce que lesdits petits éléments métalliques pleins ont une hauteur d'environ 3,81 mm. 20 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 16 à 19 caractérisé en ce que lesdits petits éléments métalliques pleins sont faits d'un métal choisi dans le groupe comprenant l'aluminium, le cuivre, le nickel, l'acier inoxydable, le molyb- dène et le tungstène. 21 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 20 caractérisé en ce qu'il comprend en outre un collier électriquement isolant disposé entre la partie de condensation et la partie d'évaporation de chacun desdits tubes de refroidissement afin d'isoler -électriquement la partie comportant des ailettes des tubes de refroidissement du dispositif à semi-conducteur de puissance. 22 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen pour allonger le trajet de cheminement d'arc formé d'une couche d'un matériau électriquement isolant placé le long des surfaces latérales extérieures desdites première et seconde coupelles. 23 - Dispositif suivant la revendication 22, caractérisé en ce que ladite couche est une céramique et assure un joint hermétique autour dudit dispositif à semi-conducteur de puissance. 24 - Dispositif suivant la revendication 22, caractérisé en ce que ladite couche est une composition de caoutchouc et remplit totalement le vide existant entre ladite première et seconde coupelles. 25 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 24, caractérisé en ce que les surfaces de parois latérales intérieures desdites première et seconde coupelles sont respectivement liées aux extrémités de la partie d'évaporation desdites première et seconde chambres de sorte que la totalité du dispositif à semi-conducteur de puissance refroidi par tubes de refroidissement soit exempt de toute interface de pression. 26 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 24 caractérisé en ce qu'il comprend un moyen d'étanchéité prévu entre les surfaces de parois latérales intérieures desdites première et seconde coupelles et les surfaces latérales extérieures desdites extrémités de la partie d'évaporation desdites première et seconde chambres et un moyen de serrage pour retenir lesdits premier et second tubes de refroidissement sous forme d'un ensemble unique, lesdits moyens de serrage fournissant seulement une faible force de serrage qui a pour résultat de permettre un démontage et un remplacement facile dudit élément monobloc dispositif à semi-conducteur-surfaces d'évaporation tout en évitant la création de toute interface de pression.