Brevet FR2446541A1 — publié le 19800808

La présente invention concerne une diode de puissance destinée notamment à équiper le pont redresseur d'un alternateur pour véhicule automobile. On sait que, dans ce genre de diode, l'élément semiconducteur est disposé à l'intérieur d'un logement étanche comportant une embase métallique de grande épaisseur qui présente, par conséquent, une bonne rigidité mécanique, et favorise simul tanéient les échanges thermiques. Une telle diode de puissance est destinée à être emmanchée à force par son embase à l'intérieur d'un orifice de plaque-radiateur et, dans le but d'assurer une bonne liaison mécanique entre la plaque-radiateur et l1embase, cette dernière est généralement striée ou cannelée extérieurement.En outre, pour protéger le cristal semi-conducteur vis-à-vis des déformations de l'embase, qui peuvent survenir au moment de son emmanchement à force dans la plaque-radiateur, l'embase comporte un prolongement intérieur axial constituant, à l'intérieur du logemment de l'élément semi-conducteur, un socle dont la section transversale perpendiculaire à l'axe du logement est inférieure à celle de l'embase. Sur ce socle, l'élément semi-conducteur est placé entre deux couches de soudure qui assurent sa liaison mécanique et électrique, d'une part, avec l'embase et, d'autre part, avec un conducteur filiforme qui traverse un bouchon de résine isolante. On a déjà constaté que, sur des diodes du type visé cidessus, il pouvait se produire en cours de fonctionnement, à la suite de variations répétées de température, une perte d'étanchéité du logement de la diode, en raison de la grande disparité des coefficients de dilatation existant entre la résine isolante et le métal conducteur de l'embase. Pour remédier à cet inconvénient, on a déjà proposé de munir la paroi latérale du socle, au voisinage de sa zone de raccordement avec embase, d'une nervure d'étanchéité qui permet d'améliorer l'accrochage du bouchon de résine sur l'embase et qui, semble-t-il, joue lé rôle d'une chicane empêchant la pénétration d'humidité entre l'embase et le bouchon de résine isolante. On s'est également aperçu que, lors des variations répétées de température, les soudures de la diode pouvaient être le siège - par suite des différences de dilatation ou de contraction entre la résine isolante, et les autres éléments constitutifs de la diode - de contraintes mécaniques élevées pouvant entratner la mise hors d'usage de la diode en raison de la rupture ou de l'en- dommagement de ces soudures. On a ainsi propose, dans un autre mode de réalisation connu, d'entourer la partie sensible de la diode, c'est-à-dire ltélément semi-conducteur, ses soudures et la zone adjacente des deux connexions électriques avec une résine malléable à base de silicone.En outre, on a également prévu de soumettre l'élément semi-conducteur et ses zones de soudure à une action de compression ou de serrage exercée par un ressort maintenu à 1-' intérieur du bottier de la diode par un couvercle. Une pareille solution, si elle permet effectivement d'améliorer la durée de vie des soudures, présente cependant l'inconvnient d'être onéreuse à cause de l'emploi d'une résine conteuse à base de silicone et de la présence d'un ressort et d'un couvercle complémentaires qui ont pour effet de compliquer les opérations de montage. La présente invention vise à réaliser une diode de puissance, dont les soudures ont une durée de vie améliorée sans que, pour autant, cette amélioration ne se traduise par une augmentation du prix de revient ou une complication des opérations de montage. La Société déposante a constaté, de façon tout à fait inattendue, que si le socle de embase, sRE lequel est soudé l'élément semi-conducteur, présente une section transversale qui est croissante en direction de sa face a extrémité où est soudé l'élément semi-conducteur, la probabilité de rupture ou d'endom et de l'élément semi-conducteur magement des soudures en cours de fonctonnement est sensiblement réduite, ce qui permet, par suite, d'améliorer la fiabilité de la diode de puissance. La configuration générale tronconique due présente la surface latérale du socle est, de préférence, réalisée non pas par une opérátion d'usinage complémentaire, mais par fluage du métal constitutif du socle en appliquant sur ce dernier qui, à ltorigine, est de forme cylindrique, un coup de presse de façon à réduire sa hauteur et à provoquer ainsi un élargissement de sa zone de paroi latérale qui est adjacente à sa face d'extrémité où est soudé l'élément/conducteur. Or, on sait déjà que, pour assurer un bon soudage de l'élément semi-conducteur sur la face d'extrémité du socle, il est nécessaire que cette dernière présente une bonne planéité et il était connu d'appliquer un coup de presse sur le socle en vue de rectifier sa surface d'extrémité avant l'opération de soudage. Dans la présente invention, cette opération de rectification est mise à profit pour écraser partiellement le socle et lui donner la configuration conique qui permet d'accrottre la durée de vie des soudures. La présente invention a donc pour objet le produit industriel nouveau que constitue une diode de puissance destinée notamment à un pont redresseur d'alternateur utilisé pour l'alimentation électrique des véhicules automobiles, cette diode comportant à l'intérieur d'un logement étanche un élément semi-conducteur, le logement comportant une embase métallique qui se prolonge à l'intérieur dudit logement et selon l'axe de celui-ci par un socle dont la section transversale est inférieure à celle de l'em- base, l'élément semi-conducteur étant fixé par une soudure sur la face d'extrémité libre du socle précité, ledit élément semi-conducteur étant partiellement enrobé d'une résine électriquement isolante mise en place dans le logement et étant relié, par une autre soudure, à un conducteur filiforme qui traverse la résine et qui constitue l'une des deux connexions électriques de l'élé- ment semi-conducteur, caractérisé par le fait que le socle a une section transversale qui croit, depuis sa zone de raccordement sur embase jusqu'à sa face d'extrémité où est soudé 11 élément semi-conducteur. Dans un mode préféré de réalisation, le logement de l'élé- ment semi-conducteur consiste en un boîtier cylindrique dont l'une des deux extrémités est ouverte et dont l'autre extrémité est fermée par l'embase et en bouchon de résine électriquement isolante qui obture l'extrémité ouverte du bottier; la croissance de la section transversale du socle, depuis sa zone de raccordement sur l'embase jusqu'à sa face d'extrémité où est soudé l'élé- ment semi-conducteur, est une croissance progressive ; la paroi latérale du socle a approximativement la forme d'un tronc de cône dont l'axe est sensiblement confondu avec celui du bottier, la face dtextrémité du socle sur laquelle est soudé l'élément semiconducteur étant sensiblement perpendiculaire à l'axe du bolier ; la forme approximativement tronconique est obtenue par écrasement à la presse d'un socle de forme initiale cylindrique ; la paroi latérale extérieure du boîtier, qui est disposée du côté de l'em- base, est pourvue de stries ménagées parallèlement à l'axe du bottier ; le diamètre de la partie non striée du boîtier qui s'étend du côté de l'extrémité ouverte dudit bottier, est compris entre le diamètre de la partie striée mesurée à fond de stries et celui de cette même partie striée mesurée au sommet des dents, qui séparent les stries. La présente invention a également pour objet le procédé de fabrication d'un bottier équipant une diode de puissance cidessus définie, ledit boitier définissant intérieurement un logement sensiblement cylindrique dont l'une des bases est obturée par une embase, ladite embase se prolongeant axialement à l'inté- rieur dudit logement par un socle dont la section transversale est inférieure à la section de ltemDase, la face d'extrémité libre du socle étant destinée à être soudée à l'élément semi-conducteur de la diode, caractérisé par le fait que l'on prévoit à la fabrication du bottier un socle de forme sensiblement cylindrique; que l'on soumet ledit socle à un écrasement à la presse de façon à lui donner une forme approximativement tronconique comportant une section élargie au voisinage de sa face d'extrémité , et qu'éventuellement on soumet la partie extérieure du boîtier, qui est disposée du côté de embase, à une opération de moletage permettant d'y ménager des stries sensiblement parallèles à l'axe du bottier. De façon connue en soi, le bottier peut être réalisé d'une seule pièce, soit par filage de métal, soit encore par décolletage. Pour mieux faire comprendre l'objet de la présente invention, on va en décrire ci-après, à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, un mode de réalisation représenté sur le dessin annexé Sur ce dessin - la figure 1 représente en perspective une diode de puissance selon l'invention, et - la figure 2 représente en coupe axiale la diode de la figure 1. En se référant au dessin, on voit que l'on a désigné par l,dans son ensemble, une diode de puissance destinée à équiper un pont redresseur pour alternateur de véhicule automobile. La diode de puissance 1 est pourvue d'un bottier cylindrique 2 en métal conducteur ouvert à l'une de ses extrémités et fermé par son autre extrémité par un fond ou embase 3 de forte épaisseur. Ainsi qu'il est visible sur la figure 1, la paroi la latérale du bottier est, comme décrit dans la demande de brevet français n0 78 09329, munie de stries 4. Les stries 4 sont obtenues par une opération de moletage qui est effectuée de façon que la différence de diamètre entre la partie non striée et la partie striée soit égale à la demi-hauteur des dents qui sépare deux stries 4 successives. De façon classique, l'embase 3 se prolonge axialement à l'intérieur du bottier 2 par un socle 4 dont la section transversale est inférieure à celle de embase 3. Sur la face d'extrémité du socle 4 est disposée une couche de soudure 6 servant à assurer la liaison mécanique et électrique d'un élément semi-conducteur 7 avec le bottier 2. Le socle 4 sert à protéger l'élément semi-conducteur 7 vis-à-vis des déformations éventuelles de 1'em- base 3 au moment de son emmanchement à force dans un orifice d'une plaque-radiateur. Le boltier métallique 2 constitue l'une des deux connexions électriques de l'élément semi-conducteur 7, l'autre connexion électrique étant formée par un conducteur filiforme 8 qui pénètre à l'intérieur du bottier et qui se termine par une tête 9 de plus grand diamètre liée mécaniquement et électriquement à l'élément semi-conducteur 7 par une couche de soudure lOo Le conducteur filiforme 8 est sensiblement disposé selon l'axe du bottier 2. La fermeture étanche du boîtier 2 est réalisée au moyen d'un bouchon de résine électriquement isolante 11, qui est directement coulée en place à l'intérieur du bottier 2. Pour éviter qu'en cours de fonctionnement, par suite des variations de charges de la diode de puissance 1 et de la différence importante existant notamment entre les coefficients de dilatation, de la résine ré et du bottier métallique 2, les souet l'élément semi-conducteur 7 dures 6 et 10/soient soumis à des contraintes mécaniques trop élevées rendant la diode de puissance inutilisable en raison de la rupture ou de l'endommagement de ces soudures et/ou dudit élé- ment semi-conducteur, on prévoit de donner au socle 4 la configuration générale tronconique représentée sur la figure 2. On observe que la paroi latérale du socle 4 a la forme approximative d'un tronc de cône à génératrice courbe dont l'axe est sensiblement confondu avec l'axe du bottier.Le socle 4 présente au voisinage de sa face d'extrémité sur laquelle est soudé l'élément semi-conducteur 7 une section élargie, et au voisinage de sa zone de raccordement avec l'embase 3, une section plus réduite. La configuration sensiblement tronconique du socle 4 n'est pas obtenue par une opération d'usinage complémentaire mais par application d'un coup de presse permettant par fluage du métal en lequel est réalisé le socs 4,d'obtenir au voisinage de sa race d'extrémité la zone de section élargie. Pour ce faire, on fabrique par filage de cuivre ou, comme dans cet exemple de réalisation, par décolletage un bottier 2 en tous points analogue à celui qui est représenté sur la figure 2, à cette seule différence qu'il est pourvu d'un socle cylindrique de hauteur ho représenté en pointillés. Sur ce socle cylindrique, il était connu d'appliquer un coup de presse pour rectifier sa face d'extrémité et lui donner ainsi la planéité nécessaire au bon soudage de l'élément conducteur 7 sur le socle 4. Dans la présente invention, le coup de presse est également mis à profit pour donner au socle 4 la configuration tronconique représentée sur la figure 2. La presse est réglée de façon que le socle cylindrique de hauteur ho soit soumis à un écrasement jusqu'à l'obtention du socle approximativement tronconique 4 de hauteur h. Ceci peut être réalisé par tous moyens appropriés, par exemple en limitant la course du poinçon de la presse, lorsqu'il agit sur le socle 4, à une valeur hors. Il convient de souligner que la configuration tronconique du socle 4 permet, non seulement d'améliorer la durée de vie des soudures 6 et 10, mais encore d'assurer l'accrochage et le maintien du bouchon de résine isolante 11 à l'intérieur du bot- tier 2. Par des essais de laboratoire consistant à soumettre des diodes de puissance à des chocs thermiques répétés, la Société déposante a pu constater que la diode de puissance, qui vient d'entre décrite, était susceptible de résister, avant sa mise hors d'usage, à un nombre plus élevé de chocs thermiques qu'une diode en tous points identiques à la diode selon l'invention à cette seule différence près que le socle, au lieu d'être tronconique, était cylindrique. La Société déposante a pu également observer que cette supériorité était maintenue, même si, sur le socle cylindrique, était ménagée une rainure annulaire destinée à assurer le bon accrochage du bouchon de résine à l'intérieur du bottier. Il est bien entendu que le mode de réalisation ci-dessus décrit n'est aucunement limitatif et pourra donner lieu à toutes modifications désirables sans sortir pour cela du cadre de 1'in- vention. REVENDICATIONS 1 - Diode de puissance, destinée notamment à un pont redresseur d'alternateur utilisé pour l'alimentation électrique des véhicules automobiles, cette diode comportant à l'intérieur d'un logement étanche un élément semi-conducteur, ce logement comportant une embase métallique qui se prolonge à 1'intérieur dudit logement et selon l'axe de celui-ci,- par un socle dont la section transversale est inférieure à celle de embase, l'élément semiconducteur étant fixé par une soudure sur la face d'extrémité libre du socle précité, ledit élément semi-conducteur étantiu moins partiellement enrobé d'une résine électriquement isolante mise en place dans le logement, et étant relié par une autre soudure, à un conducteur filiforme qui traverse ladite résine et qui constitue l'une des deux connexions électriques de l'élément semi-conducteur, caractérisée par le fait que le socle a une section transversale qui croît depuis sa zone de raccordement sur l'embase jusqu'à sa face d'extrémité où est soudé l'élément semi-conducteur. 2 - Diode selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le logement de l'élément semi-conducteur consiste en un bottier cylindrique, dont l'une des extrémités est ouverte et et dont l'autre extrémité est fermée par l'embase/en un bouchon de résine électriquement isolante qui obture l'extrémité ouverte du bottier. 3 - Diode selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que la croissance de la section transversale du socle, depuis sa zone de raccordement sur l'embase jusqu'à sa face d'extrémité où est soudé l'élément semi-conducteur, est une croissance progressive. 4 - Diode selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que la paroi latérale du socle a approximativement la forme d'un tronc de cône dont l'axe est sensiblement confondu avec celui du bottier, la face d'extrémité du socle sur laquelle est soudé l'élément semi-conducteur étant sensiblement perpendiculaire à l'axe du bottier. 5 - Diode selon la revendication 4, caractérisée par le fait que la forme approximativement tronconique du socle est obtenue par écrasement à la presse d'un socle de forme initiale cylindrique. 6-Diode selon la revendication 2, caractérisée par le fait que la paroi latérale extérieure du bottier, qui est disposée du côté de embase, est pourvue de stries ménagées parallèlement à l'axe du bottier. 7 - Diode selon la revendication 6, caractérisée par le fait que le diamètre de la partie non striée du bottier, qui s'étend du côté de ltextrémité ouverte dudit bottier, est compris entre diamètre de la partie striée mesurée à fond de stries et celui de cette msme partie striée mesurée au sommet des dents qui séparent les stries. 8 - Procédé de fabrication d'un bottier équipant une diode de puissance selon l'une des revendications 1 à 7, ledit bottier comportant une paroi latérale définissant intérieurement un logement sensiblement cylindrique, dont l'une des bases est obturée par une embase ladite embase se prolongeant axialement à l'intérieur dudit logement par un socle, dont la section transversale est inférieure à la section de 1 'embase, la face d'extrémité libre du socle étant destinée à être soudée à l'élément semi-conducteur de la diode, caractérisé par le fait que l'on prévoit à la fabrication du bottier un socle de forme sensiblement cylindrique, que l'on soumet ledit socle à un écrasement à la presse de façon à Inli donner une forme approximativement tronconique comportant une section élargie au voisinage de la face d'extrémité, et qu'é- ventuellement on soumet la partie extérieure du bottier, qui est disposé du caté de l'embase, à une opération de moletage permettaat d'y ménager des stries sensiblement parallèles à l'axe du bottier. 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'on réalise le bottier d'une seule pièce; soit par filage de métal, soit par décolletage.