Brevet FR2327642A1 — publié le 19770506

La présente invention concerne un montage de semi-conducteurs de puissance comportant un système de refroidissement par un fluide réfrigérant. Ti est connu que les éléments orlectronioues ri semi-conducteurs tels que dindes ou thyristors, prévus pour sunporter une certaine nuissance necessitent une élimination de la chaleur. Pour ce faire , des radiateurs à ailettes serrés contre le boîtier du semi-conducteur, sous une grande pression mécanique, ont été généralement utilisés. Les performances de ces éléments sont limitées par la possibilite dc maintenir la température aux jonctions actives en dessous d'une valeur maximale permise.La mise hors service des éléments à semi-conducteurs se produit souvent par destruction thermique lorsque l'on dépasse cette température maximale Permise. Pour éviter cet ineonvenient les semi-conducteurs sont plus esnaces et le montage devient très encombrant. De plus, nour des raisons de sécurité et de propreté, les semi-conducteurs sont disposes à l'interieur d'un canot, pour des raisons d'accroissement à l'évacuation de la chaleur, les montages sont équipés de ventilateurs. Enfin toutes les connexions électriques ont des sections particu- lièrement importantes. Le montage selon la présente invention remèdiea ces inconvénients. Dans celui-ci en effet l'encombrement est réduit d'une façon notable, les éléments sont a l'abri des aeents extérieurs, la sécurité est accrue et le montage ne nécessite pas de ventilateur. La présente invention a pour objet un montage de semi-conducteurs de puissance constitué d'une pluralité de boîtiers de semi-conducteurs espacés entre des blocs de cuivre massifs const-tuant les électrodes grâce des plateaux d'extrémité relies nar un tirant central caracterist par le fait que ledit montage dans sa totalité est plongé dans une einceinte remplie d'un fluide frigorifique l'état liquide, par exemple, un hydrocarbure fluoré à l'état liquide. Selon une particularité de 1 'invention ladite enceinte est un cvlindre dont une base et les parois sont métalliques et son gainées extérieurement d'ailettes métalliques ayant la forme d'un parallélépipède, et le couvercle constituant l'autre hase du cylindre est en une matière isolante et comporte une pluralité Je tiges filetées solidaires d'un des plateaux d'extrémités ainsi que des bornes électriques relies par des tresses auxdites electrodes des semi-conducteurs. Selon une autre particularit- de l'invention ledit couvercle est constitue de deux plaques superposées extérieure et intérieure, la plaque intérieure étant munie de trois paires en étoile desdites tiges filetées, la plaque extérieure etant nuie, sur la périphérie, d'une pluralité de vis de fixation du couvercle sur ladite enceinte et plus près du centre, tle bornes nlectrisues dont les embases servent à solidariser ladite plaque extérieure et ladite plaque intérieure. En se référant aux figures schématiques 1 et 2 ci-jointes on va décrire ci-après un exemple de mise en oeuvre de la présente invention, exemple donné à titre purement illustratif et nullement limitatif. Les mêles éléments représentés sur les deux figures nortent sur celles-ci les mêmes références. La figure 1 représente une coulpe schématique longitudinale du montage et la figure 2 représente une coupe schématique transversale selon A-A de la figure 1. Suivant les deux figures, on voit une enceinte 1 métallique (aluminitin par exemple) étanché constituée d'un cylindre pouvant être de 10 millimètres d'épaisseur et d'une base. Ce cylindre est gainé d'ailettes 25 avant la forme extérieure d'un parallélepipède, novant être en alurinjuir également, serties à chaud sur le cylindre. T'ensemble est fixe sur un châssis qui peut être installé sur une locomotive. L'enceinte 1 est repolie d'un fluide réfrigérant connu sous le non commercial de faon. A l'intérieur de l'enceinte 1 sont disposées trois branches en éto;le 2, 3 4 constituées de seni-conducteurs en serte tels que des diodes ou des thyristors. Ce montage est connu en soi. Chacun des semi-conducteurs est constitué d'un boitier en céramique tel que 5 ; encansulant la pastille de semiconducteur de nart et d'autre de celui-ci existent des blocs de cuivre massifs avant entre autres une fonction d1électrodes telles que 6 et 7 lesquelles sont reliées r.espec- tivement à des pattes P et 9. Les trois branches 2, 3, 4 sont enserrées par des plateaux d'extrémité 10 et 11 disnosés de part et d'autre d'un tirant central 12 sur lesquels sont vissés des écrous 13, 14. Les ecrous 13, 14 annliquent une force pouvant être d'une tonne sur chacune des branches 9, 3, 4. Les pattes telles que S et 9 aboutissent à des prises telles que 15 qui sont au nombre de quatre et sont liées rigidement aux trois branches 2, 3, 4. Celles-ci, ainsi que les quatre prises et les deux plateaux d'extrémité 10 et 11 sont soutenues par des tiges filetées telles que 16 disposées en étoile par naires (16, 17) ; (18, 19) ; (20, 21). Les tiges filetées prennent annui sur un couvercle 22 de l'enceinte réalisé en verre énoxy et constitué de deux plaques l'une, extérieure 23 et l'autre, intérieure 24. Les tiges filetées telles que 16 sont vissées sur le plateau intérieur 24 et les deux plaques 24 et 25 sont ensuite solidarisées grâce à quatre bornes électriques 26, 27, 28, 29 dont les embases filetées sont serrées par des écrous cruciformes tels que 30. Entre les bornes électriques et les prises telles que 15 sont disposées des tresses conductrices telles que 31. Afin d'assurer l'étanchéité des traversées électriques, des joints toriques, tels que 32, sont prévus entre les bornes électriques et le couvercle 22. Le couvercle 22 possède sur sa périphérie une pluralité de vis telle que 33 qui l'assujetissent à l'enceinte 1. Un ioint torique 34 assure l'étanchéité du récipient. Les bornes 26, 27, 28, 29 assurent l'alinentation en Duissance des diodes et des thyristors. Une borne Dlus petite 35 disposée au centre du couvercle assure le passage des fils alimentant les gâchettes des thyristors. Un robinet 36 sert à renplir l'enceinte avec du fréon. Eventuellement, pour des puissances dissipées très élevées, il est possible de prévoir un condenseur extérieur à enceinte avec laquelle il communique par un ou deux tuyaux. Dans le cas du tuyau unique l'enlèvement de la vapeur et le retour du liquide se font par le même tuyau. Dans le cas de deux t'ivaux, l'un des deux sert au passage de la vapeur et l'autre pour le liquide de retour. Les avantages de l'utilisation du fréon comme agent frigoriòène résultent de sa haute rigidité diélectrique. L'encombrement est réduit de moitié par rapport aux dispositifs utilisant des radiateurs en aluminium sans bain de fréon. L'enceinte contenant le fréon élimine la nécessité d'tm canot pour mettre le montage à l'abri des agents extérieurs. Au noint de vue de la sécurité électrique l'enceinte est mise a la masse. Par suite de leur immersion dans le fréon, les tresses de connexion ont des sections notablement réduites. Le montage selon la présente invention permet de grouper les dispositifs d'échanges thermiques de plusieurs éléments électroninues et d'assurer un refroidissement collectjf. Les applications sont du domaine des quipements électrornoues des chemins de fer notamment pour la commande de moteurs électriques. REVENDICATIONS 1/ Montage de semi-conducteurs de puissance constitué d'une pluralité de boitiers de semi-conducteurs espacés entre des blocs de cuivre massifs constituant les électrodes grâce à des plateaux d'extrémité reliés par un tirant central caractérisé par le fait que ledit montage dans sa totalité est plongé dans une enceinte remplie d'un fluide frigorifique à l'état liquide, par exemple, un hydrocarbure fluoré à l'état liquide. 2/ Montage de semi-conducteurs de puissance selon la revendication 1, carictéflsé par le fait que ladite enceinte est un cylindre dont une hase et les parois sont métalliques et sont gainées extérieurement d'ailettes métalliques ayant la forme d'un parallélénipede, et que le couvercle constituant l'autre base du cylindre est en une matière isolante et comporte une pluralité de tiges filetées solidaires d'un des plateaux d'extrémités ainsi que des bornes électriques reliées par des tresses auxdites électrodes des semi-conducteurs. 3/ Montage selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit couvercle est constitué de deux plaques superposées extérieure et intérieure, la plaque intérieure étant munie de trois paires en étoile desdites tiges filetées, la plaque extérieure étant munie, sur la périphérie, d'une pluralité de vis de fixation du couvercle sur ladite enceinte et plus près du centre, de bornes électriques dont les embases servent à solidariser ladite plaque extérieure et ladite plaque intérieure. 4/ Montage selon la revendication 3, caractérisé par le fait que lesdites bornes électriques et ladite plaque extérieure sont munies de joints toriques d'étanchéité.