Brevet FR2366697A1 — publié le 19780428

La présente invention concerne un semi-conducteur de puissance non encapsulé dont seule la pastille de semi-conducteur est immergée dans un bain de fluide réfrigérant. On sait qu'un semi-conducteur de puissance comporte une pastille de silicium enfermée dans un bottier de céramique lequel est étanché et contient une atmosphère d'azote. Pour les besoins du refroidissement du-'semi-conducteur on plongeait jusqu a présent l'ensemble du semi-conducteur dans le fréon. Ceci présente des inconvénients car il est nécessaire au préalable de tester l'étanchéité du boîtier en céramique, ensuite parce que la résistance thermique du comtact e'est-à-dire l'écart de température entre la-pastille de silicium et l'extérieur est très grande et que l'évacuation des calories se fait difficilement avec un boîtier. De plus, la pression de serrage appliquée sur le semi-conducteur est nécessairement très grande car il faut vaincre la force opposée par le boîtier. Enfin les risques de contournement et de claquage du semi-conducteur sont relativement élevés entant donné les performasces d'isolement moyennes- de l'azote contenue dans la boîtier. Le dispositif selon la présente invention remédie à ces inconvénients. flans celui-ci en effet la résistance thermique -du-semi-conducteur est notablement améliorée, la pression de serrage necessaire pour permettre le passage du courant et l'échange thermique peut être moins importante et les valeurs maximales du courant électrique passant par le semi-conducteur peuvent être augmentées; de plus il y a diminution des risques de contournement et de claquage du semi-conducteur. La présente invention a pour objet un semi-conducteur de puissance dont le refroidissement est assuré par son immersion dans un fluide frigorifique à l'état: liquide par exemple un hydrocarbure fluoré à l'état liquide et comportant une pastille de semi-conducteur disposée sntre deux blocs de cuivre à axe horizntal constituant l'anode et la cathode caractérisé par le fait que la p pastille ne comporte pas de boîtier en céramique qu'elle a subi une passivation minérale avant son immersion dans ledit fluide et que les dits blocs de cuivre sont munis de canaux de refroidissement. Selon une particularite de l'invention les dits canaux comportent une pluralité de canaux principaux parallèles à un diamètre de la pastille de semiconducteur au contact de ladite pastille commmiquant chatun par des extrémités avec deux canaux secondaires coudés dont chacun des premiers côtés est perpendiculaire auxdits canaux prindipaux, parallèlement audit axe horizontal et dont chacun des seconds côtés perpendiculaire audit axe horizontal aboutit à la surface extérieure desdits blocs de cuivre. L'invention sera mieux cmprise à l'étude de l'exemple donné ci-après en référence au dessin annexé dans lequel la figure I représente une vue schématique en élévation partiellement coupée du semi-conducteur de puissance et la figure 2 représente une vue de côté selon Il-Il de la figure 1 avec une partie coupée. Comme on le voit que la figure 1 la pastille de semi-conducteur est disposée entre deux blocs de cuivre 2 et 3 pouvant constituer respectivement la cathode et l'anode. Le boîtier de céramique contenant la pastille a été enlevé. La pastille peut recevoir avant son immersion dans le fréon une passivation minérale par un mélange de silice et de nitrure de silicium selon un procédé breveté par la Demanderesse dans le brevet français n0 74 12 429 du 9 avril 1974. Les Jonctions p et n de la pastille sont protégées ainsi de la contamination extérieure et lorsque la pastille est plongée dans le fréon elle est maintenue dans un état de propreté à l'abri des poussières. Les blocs de cuivre 2 et 3 peuvent être munis d'ailettes de refroidissement telles que 4.Ils comportent obligatoirement des pièces de contact électrique telle que 5 et 6 qui sont reliées aux bornes non représentées d'une source de courant extérieure au réservoir de fréon. Afin d'assurer une bonne transmission thermique et électrique ainsi que pour le maintien de l'ensemble au point de vue mécanique, ensemble pouvant être constitué de plusieurs semi-conducteurs en série, deux plateaux d'extrémité 7 et 8 appliquent une forte pression sur les deux blocs de cuivre 2 et 3 par l'intermediaire de plaques isolantes telles que 9. Les deux plateaux 7 et 8 sont appliqués l'un contre l'autre grâce à un tirant central 10 et des écrous d'extrémités Il et 12. Les blocs de cuivre 2 et 3 sont parcourus par des canaux qui permettent de créer un échange entre le fréon en phase vapeur au contact de la pastille 1, laquelle ne doit pas dépasser 15O0C, à titre d'exemple, et le fréon liquide a ltextérieur des blocs de cuivre. Pour cela il existe des canaux dits principaux 13, 14 dont deux seulement ont été représentés, disposés au contact de la pastille 1 parallèlement à un diamètre de la pastille, et des canaux dits secondaires tels que 15, 16 perpendiculaires à la pastille 1, leurs extrémités débouchant sur la pastille. Chacun des canaux secondaires tels que 15 est coude, son premier côté étant parallèle à l'axe horizontal du bloc de cuivre passant par le centre de la pastille et son deuxième coté 17 étant perpendiculaire à cet axe horizontal et au premier côté du canal secondaire 15. Le deuxième côté tel que 17 débouche à l'extérieur du bloc de cuivre 3. Le fréon étant un composé à grande rigidité diélectrique fait reculer les limites de claquage de la pastille de semi-conducteur. Dans le cas où les pastilles de semi-conducteur seraient stockées à l'abri des poussières jusqu'à leur montage, elles peuvent être immergées sans avoir reçu de passivation minérale préalable. Les applications sont du domaine des équipements électroniques des chemins de fer notamment pour la commande de moteurs électriques. REVENDICATIONS 1/ semi-conducteur de puissance dont le refroidissement est assuré par son innersion dans un fluide frigorifique à l'état liquide par exemple un hydrocarbure fluoré à l'état liquide et comportant une pastille de semi-conducteur disposée entre deux blocs de cuivre à axe horizontal constituant l'anode et la cathode caractérisé par le fait que la pastille ne comporte pas de bottier en céramique qu'elle a subi une passivation minérale avant son immersion dans ledit fluide et que les dits blocs de cuivre sont munis de canaux de refroidissement. 2/ Semi-conducteur selon la revendication 1, - caractérisé par le fait quelesdits canaux comportent une pluralité de canaux principaux parallèles à un diasetre de la pastille de semi-conducteur au contact de ladite pastille communiquant chacun par des extrémités avec deux canaux secondaires coudes dont chacun des premiers cotés est perpendiculaire auxdits canaux principaux, parallelement audit axe horizontal et dont chacun des seconds cotés perpendiculaire audit axe horizontal aboutit à la surface extérieure desdits blocs de cuivre.