Brevet FR2440077A1 — publié le 19800523

L'invention concerne un composant électronique de louis- sance à semi-conducteur et son procédé de fabrication, et plus précisément un composant électronique simple, du type diode ou thyristor de forte puissance, dans lequel les contacts électriques sont assurés par pression et où l'évacuation des pertes en puis sance se fait par les deux côtés. A l'heure actuelle ces composants destinés à contrôler des puissances très grandes sont encapsulés dans des boitiers formés de deux blocs de cuivre, protégés, servant d'électrodes d'anode et de cathode. Ces blocs de cuivre assurent d'une part le passage du courant et d'autre part l'évacuation des pertes produites au cours du fonctionnement du composant. Les tensions appliquées aux composants pouvant être importantes, les deux électrodes sont reliées par un isolateur en céramique qui comporte dans le cas des thyristors un insert métallique permettant la sortie de l'électrode de gâchette. Un des blocs de cuivre, habituellement l'anode, et lliso- lateur sont rendus solidaires par une pièce qui permet un léger déplacement de l'un par rapport à l'autre. L'autre extrémité de l'isolateur comporte une collerette circulaire. L'ensemble forme un boîtier dans lequel on peut loger l'élément actif. Le deuxième bloc de cuivre, habituellement la cathode, est muni d'une collerette circulaire du même matériau et du même diamètre que la collerette solidaire de l'isolateur. Ce deuxième bloc de cuivre prend contact sur la partie cathode de l'élément actif en même temps que les collerettes respectivement solidaires dudit bloc de cuivre de cathode et de l'isolateur. Ces deux collerettes en regard servent d'une part à assurer par soudure à froid ou par soudure à l'arc une liaison semi-rigide entre l'isolateur et la cathode, d'autre part à isoler ltélément actif de l'atmosphère extérieure. Cet ensemble doit donc être étanche. Dans le cas des thyristors, il est nécessaire de sortir l'électrode de gâchette. Ceci est réalisé en général par un fil qui est soudé, serti, ou simplement coincé dans un tube traversant l'isolateur, et prenant contact par pression ou par soudure sur le point de gâchette de l'élément actif. L'ensemble est pressé de façon à assurer de bons contacts entre l'élément actif et les électrodes d'anode et de cathode en cuivre et du fil de gâchette sur la gâchette dans le cas où il n'est pas soudé sur l'élément actif. Cet ensemble présente plusieurs inconvénients qui sont; le prix de revient élevé des pièces formant cet ensemble, et les difficultés de montage qui augmentent le coût de la valeur ajoutée et qui peuvent être génératrices de défauts. L'invention a pour but d'éviter ces inconvénients par diminution du coût des pièces et par simplification du montage. L'invention a pour objet un composant électronique de puissance à semi-conducteur, du type diode ou thyristor de forte puissance, dans lequel les contacts électriques sont assurés par pression et où l'évacuation des pertes en puissance se fait par les deux côtés, caractérisé en ce qu'il comporte un bloc de cathode et un bloc d'anode munis chacun d'une lèvre extérieure, un élément semi-conducteur actif entre les deux blocs, et un isolateur extérieur appliquant les deux blocs sur l'élément actif par l'intermé- diaire de leurs lèvres extérieures. Selon l'invention - L'isolateurest en matériau plastique de résistances méca- nique et thermique élevées - Un joint torique d'étanchéité est prévu entre les deux blocs au voisinage des bords extérieurs des blocs. - L2élEment actif est centré par une bague isolante. - Dans le cas d'un thyristor, une tige de gâchette, isolée de la cathode par une gaine assurant également l'étanchéité, pénètre dans le bloc de cathode et fait saillie à l'extérieur pour constituer le contact de gâchette. - Le bloc de cathode présente, au droit du point de gâchette de l'élément actif, un passage dans lequel est logé un manchon isolant, et à l'intérieur du manchon, un ressort à boudin assurant le contact électrique entre le point de gâchette de l'élément actif et la tige de gâchette. L'invention a également pour objet un composant électronique de puissance correspondant à l'un des paragraphes suivants caractérisé en ce que les blocs d'anode et de cathode et l'élément actif semi-conducteur sont assemblés à sec, sans soudure ni brasure, au moyen d'un isolateur extérieur auxdits blocs. Selon une caractéristique de l'invention dans le bloc de cathode, une tige de gâchette et un ressort de contact de gâchette sont aussi assemblés à sec et isolés de la cathode respectivement par une gaine assurant également l'étanchéité et par un manchon. D'autres caractéristiques ressortent de la description qui suit, faite avec référence au dessin annexé sur lequel on peut voir une vue en coupe d'un exemple de réalisation d'un thyristor conforme à l'invention. Un bloc de cathode 3 et un bloc d'anode 2 sont placés de part et d'autre d'un élément actif 1 centré par une bague isolante 8. Un joint torique 9, placé au voisinage du bord des blocs 2 et 3, assure l'étanchéité. Un isolateur 10 assure le maintien en position relative des deux blocs. Dans le cas d'un thyristor, un perçage vertical central est prévu dans le bloc de cathode pour recevoir l'organe de contact de gâchette. Cet organe de contact se présente ici sous la forme d'un ressort à boudin 4 entouré par un manchon isolant 5. Le bloc de cathode comporte également un perçage horizontal pour la tige de gâchette 7 qui est logée dans une gaine isolante 6. Enfin, entre l'élément actif et les blocs 2 et 3 sont pré- vus des disques de contact minces, en argent recuit par exemple. Pour le montage du composant, on mettra tout d'abord en place l'isolateur 10 en plastique qui peut être avantageusement en téflon chargé de verre ou d'une matière plastique moulée ayant une tenue mécanique suffisante mais acceptant une légère déformation de façon que la lèvre de l'isolateur 11 dont le diamètre intérieur est plus petit que le diamètre extérieur de la lèvre 14 située sur le bloc de cathode 3, passe par dessus ladite lèvre 14 et se trouve dans la position représentée sur la figure 1 par rapport au bloc de cathode 3. On introduit à force dans le bloc de cathode 3 la tige métallique de gâchette 7 et la gaine isolante 6 qui peut être de téflon, de façon à ce que l'ensemble soit fixe après mise en place. Pour cela la tige 7, la gaine 6 et le trou dans le bloc de cathode ont des dimensions qui interdisent toute possibilité de mouvement à la tige 7. On réalise ensuite l'empilage du ressort à boudin 4, centré par le manchon isolant 5 de façon que le ressort soit en contact avec la tige de gâchette 7, puis de l'élément actif, celuici étant centré par une bague isolante 8 pénétrant dans une saignée du bloc d'anode. On place le joint torique 9 qui est avantageusement réalisé en caoutchouc silicone. On approche le bloc d'anode 2 et en réalisant une pression suffisante on oblige la lèvre 12 du bloc d'anode à passer à l'intérieur de l'isolateur, le diamètre de la lèvre 12 étant plus grand que celui de la lèvre 11 de l'isolateur. Les dimensions sont telles que l'isolateur 10 met en contact les blocs d'anode et de cathode ainsi que le ressort de gâchette sur l'élément actif thyristor, tout en comprimant le joint 9. Il est intéressant de préparer les blocs de cathode avec la tige de gâchette séparément de façon à simplifier le montage. Il est à noter que le montage d'une diode est encore plus aisé puisque le bloc de cathode ne comporte pas de gâchette. On peut remarquer que l'isolateur plastique 10, usiné ou moulé, avec des formes extérieures les plus adaptées aux tensions à supporter, remplace à la fois l'isolateur céramique et la rondelle de souplesse du couvercle assurant le contact électrique des composants actuellement connus. Les composants selon l'invention sont assemblés sous une pression d'environ 1000 bars, ils fonctionnent en général sous une tension de crête de l'ordre de 2000 V et sous une intensité efficace de l'ordre de 500 A. Ils Doivent dissiper en moyenne 500W. Le procédé de fabrication de ces composants se distingue essentiellement par le fait que tous les éléments sont mis en place et assemblés à sec sans soudure ni brasure, l'empilage se faisant sur la cathode et non sur l'anode comme précédemment. L'ensemble forme donc un composant, diode ou thyristor d'une bonne tenue mécanique, étanche, et répondant à la diminution du coût de revient par le remplacement de l'isolateur en céramique par un isolateur en plastique et par la simplification du montage de l'élément actif. REVENDICATIONS 1.- Composant électronique de puissance à semi-conducteur, du type diode ou thyristor de forte puissance, dans lequel les contacts électriques sont assurés par pression et où l'évacuation des pertes en puissance se fait par les deux côtés, caractérisé en ce qu'il comporte un bloc de cathode et un bloc d'anode munis chacun d'une lèvre extérieure, un élément semi-conducteur actif entre les deux blocs, et un isolateur extérieur appliquant les deux blocs sur l'élément actif par l'intermédiaire de leurs lèvres extérieures. 2.- Composant selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'isolateur est en matériau plastique de résistances mécanique et thermique élevées. 3.- Composant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un joint torique d'étanchéité est prévu entre les deux blocs au voisinage des bords extérieurs des blocs. 4.- Composant selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément actif est centré par une bague isolante. 5.- Composant selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le cas d'un thyristor, une tige de gâchette, isolée de la cathode par une gaine assurant également l'étanchéité, pénètre dans le bloc de cathode et fait saillie à l'extérieur pour constituer le contact de gâchette. 6.- Composant selon la revendication 5, caractérisé en ce que le bloc de cathode présente, au droit du point de gâchette de l'élément actif, un passage dans lequel est logé un manchon isolant, et à l'intérieur du manchon, un ressort à boudin assurant le contact électrique entre le point de gâchette de l'élément actif et la tige de gâchette. 7.- Procédé de fabrication dlun composant électronique de puissance correspondant à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les blocs d'anode et de cathode et l'élément actif semi-conducteur sont assemblés à sec, sans soudure ni brasure, au moyen d'un isolateur extérieur auxdits blocs. 8.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que dans le bloc de cathode, une tige de gâchette et un ressort de contact de gâchette sont aussi assemblés à sec et isolés de la cathode respectivement par une gaine assurant également l'étanchéité et par un manchon.