Brevet FR2487126A1 — publié le 19820122

La présente invention se rapporte aux dispositifs de contact pour composants semiconducteurs. Ces dispositifs permettent d'établir les connexions électriques avec les points de connexion ménagés sur les pastilles semiconductrices lors de la fabrication de celles-ci. Un tel dispositif est utilisé par exemple dans un thyristor de type connu tel que celui représenté en coupe sur la figure 1. La pastille semiconductrice 101 dans laquelle le thyristor a été fabriqué est placée dans une cavité ménagée dans un corps 102 en cuivre massif. Elle repose au fond de cette cavité sur une préforme 103 en argent qui permet d'améliorer la conductivité thermique et de diminuer les contraintes mécaniques subies par la pastille. t'extrémité inférieure du corps comporte une vis 104 taillée dans sa masse et qui permet de le fixer fermement sur un radiateur avec un écrou. La cavité du corps est fermée par un capot lui-même formé d'une virole métallique 105 soudée sur le corps, et surmontée d'un bouchon 106 en céramique brasé sur la virole. Un plot 107 est fixé dans un trou axial du bouchon. Ce plot permet le raccordement électrique au dispositif de contact qui sera décrit plus loin. Une fourrure 108 est fixée dans un trou latéral du bouchon. Elle permet le passage d'un conducteur faisant lui aussi partie du dispositif de contact. La connexion entre la pastille 101 et le corps 102 par l'intermédiaire de la préforme 103, s'effectue sur l'anode du thyristor, laquelle constitue toute la face inférieure de cette pastille. La face supérieure de la pastille comporte la connexion de gâchette sous la forme d'une pastille métallisée circulaire centrale, et la connexion de cathode sous la forme d'une large couronne métallisée entourant la connexion de gâchette. Le dispositif de contact permettant d'assurer les connexions avec les métallisations de gâchette et de cathode, et traditionnellement appelé moustache, comprend une première partie en forme de clou permettant d'assurer le contact avec la cathode. Cette première partie est formée d'une tige centrale 109 en cuivre, soudée a une couronne circulaire 110 en acier. Cette couronne 110 vient s'appuyer sur la métallisation de cathode par l'intermediaire d'une deuxième préforme 111 en argent. Le rôle de cette préforme est d'assurer l'égalisation des rugosités de surface. En fin d'assemblage, le plot 107 est fixé a la tige 109 par un sertissage 112 qui permet d'assurer le contact électrique entre les deux. tamoustachecomprenden outreunedeuxième partie qui permet d'assurer le contact avec la gâchette-Cette deuxième partie comprend un conducteur central 113 dont l'extrémité est écrasée en forme de tête de clou pour venir s'appuyer sur la métallisation de gâchette. Ce conducteur est logé dans une cavité axiale percée dans un cylindre en céramique 114. La face inférieure de ce cylindre vient s'appuyer sur l'épanouissement terminal du conducteur pour assurer la pression sur la gâchette. Ce cylindre coulisse dans une cavité axiale forée dans la tige 109. Un ressort 115 permet de transmettre la poussée de la tige 109 au cylindre 114 et par suite ltextremite du conduateur 113.La tige 109 et le cylindre 114 comportent deux lumières latérales situées en vis- -vis qui permettent au conducteur 113 de sortir du cylindre et de la tige pour traverser le bouchon 106 par l'intermédiaire de la fourrure 108. Le conducteur est soudé a la fourrure pour assurer l'étanché- ité de l'ensemble. Sur le trajet entre le cylindre et la fourrure une gaine isolante 126 permet d'éviter des contacts accidentels entre le conducteur et une partie métallique du boîtier. Pour assurer le maintien de la pastille, et surtout un bon contact électrique et thermique, il faut presser fortement la couronne 110 sur la pastille. Dans les plus gros thyristors fabriqués actuellement, cette presion peut atteindre une valeur de 2 300 kg/cm2 et plus. Elle est assurée par la déformation d'un ensemble de rondelles coniques 116, connues sous le nom de rondelles Belleville. Elle est transmise depuis ces rondelles coniques par l'intermédiaire d'une rondelle de pression épaisse 117 et d'un jeu de rondelles isolantes minces 118. Lors de l'assemblage, on empile tous les éléments et on les comprime en exerçant par un outil une pression sur la rondelle conique supérieure. Lorsque ces rondelles sont sensiblement planes la pression est maximale, et on sertit alors le corps 102 sur la rondelle conique supérieure en pratiquant un sertissage 119.On peut alors retirer l'outil et c'est ce sertissage 119 qui maintient la pression. Ce type de boîtier est également utilisé pour les transistors de puissance. Dans ce cas, le corps 102 est connecté au collecteur, le plot 107 à l'émetteur, et le conducteur 113 à la base. Toutefois un tel transistor, qui peut débiter plusieurs centaines d'ampères, présente un gain relativement faible. Aussi, il est usuel de réaliser dans la pastille 101 une structure connue sous le nom de Darlington. Cette structure comprend deux transistors, un transistor principal et un transistor pilote, connectés de telle manière que les collecteurs soient communs, et que ltémetteur du pilote soit relié a la base du transistor de puissance.Au point de vue électrique, ce montage Darlington peut être utilisé comme un transistor simple en ignorant sa structure et en se raccordant au collecteur commun, a l'émetteur du transistor de puissance, et a la base du pilote. Le boîtier décrit#plus haut convient alors parfaitement. Dans certains cas particuliers toutefois, on souhaite pouvoir avoir accès a la connexion entre l'émetteur du pilote et la base du transistor de puissance. C'est le cas notamment lorsque l'on désire connecter une diode entre la base et l'émetteur du pilote pour faciliter l'écoulement des charges stockées et augmenter la vitesse de commutation quand on bloque le transistor. Certains thyristors de puissance sont également réalisés selon le schéma Darlington comprenant un thyristor de puissance et un thyristor pilote, et l'on a alors le même problème de pouvoir accéder aux gâchettes de ces deux thyristors. Pour obtenir une telle connexion supplémentaire, l'invention propose un dispositif de contact pour composant semiconducteur, du type comprenant une couronne destinée a assurer un premier contact, une tige conductrice fixée au centre de la couronne perpendiculairement a celle-ci, un cylindre isolant coulissant dans une cavité axiale percée dans la tige et débouchant au centre de la couronne, un ressort situé dans la cavité de la tige pour faire saillir le cylindre lors de la couronne, un premier conducteur placé dans la cavité #axiale percée dans le cylindre, ce conducteur venant s'épanouir a l'extrémité du cylindre opposée au ressort pour assurer un deuxième contact et sortant du cylindre et de la tige par deux lumières latérales communiquant entre elles, et une première gaine permettant d'isoler le premier conducteur de la tige, principalement caractérise en ce qu'il comprend en outre une pièce conductrice cylindrique pour assurer un troisième contact, cette pièce coulissant sur le cylindre dans un élargissement de la cavité de la tige débouchant au centre de la couronne, un manchon isolant placé dans cet élargissement pour isoler la pièce cylindrique de la tige, des moyens élastiques pour faire saillir la pièce cylindrique hors de la couronne, un deuxième conducteur relié électriquement è la pièce cylindrique et sortant du cylindre et de la tige par les deux lumières, et une deuxième gaine permettant d'isoler le deuxième conducteur de la tige. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante présentera titre d'exemple non limitatif et faite en regard des figures annexées suivantes - la figure 1, qui représente une vue en coupe d'un boîtier de thyristor de type connu - la figure 2, qui représente une vue en coupe d'un dispositif de connexion selon l'invention - la figure 3, qui représente une vue de dessus de la partie semiconductrice d'un thyristor de type Darlington. La structure d'un composant semiconducteur selon l'invention est sensiblement la même que celle décrite plus haut, è l'exception du dispositif de contact et du bouchon 106 qui comprend deux sorties telles que 108 au lieu d'une. On n'a donc représenté pour simplifier la description sur la figure 2 que le dispositif de contact et l'empilement de rondelles permettant d'assurer la pression sur la pastille de semiconducteur. Ce dispositif de contact comprend une tige 109, une couronne 110, un cylindre 114, un ressort 115, un conducteur 113, et une gaine 126, tout à fait semblables aux mêmes éléments représentés en figure 1. Toutefois, la cavité axiale percée dans la tige 109 et qui contient le cylindre 114 et le ressort 115, s'élargit vers l'extrémité inférieure de cette tige pour laisser un emplacement entre la tige et le cylindre, destiné à recevoir les pièces permettant d'assurer le contact avec la métallisation de la pastille 101 qui réunit l'émetteur du transistor pilote à la base du transistor de puissance. Un manchon isolant en alumine 214 est placé dans cet élargissement de la cavité et vient recouvrir ses parois du côte de la tige. Il est percé d'un ouverture supérieure dans laquelle coulisse le cylindre 114 et délimite entre ce cylindre et la tige 109 une cavité cylindrique dans laquelle coulisse une pièce de contact 213. Cette pièce est en cuivre, elle a la forme d'un cylindre creux ajusté à l'extérieur sur le manchon 214 et à l'intérieur sur le cylindre 114. Sa face inférieure destinée à venir au contact de la métallisation~ de la pastille est décolletée en forme d'une couronne dont le diamètre est adapté au diamètre de cette métallisation. La pression de la couronne 110 est assurée comme dans le cas de la figure 1 par un ensemble de rondelles Belleville 116 venant s'appuyer sur cette couronne 110 par l'intermédiaire d'une rondelle de pression 117 et d'un ensemble de rondelles isolantes 118. Lorsque le dispositif de contact est monté dans le corps 102, la tige 109 est ininobilisée par l'intermédiaire de la couronne 110 à laquelle elles est fixée. La tige 109 appuie alors par l'intermédiaire du fond du manchon 214 sur une bague métallique 209. Cette bague coulisse à l'intérieur du manchon 214 de la même manière que la pièce 213, mais son diamètre intérieur est plus grand que celui du cylindre 114 pour laisser un certain espace entre les deux. Cette bague 209 vient à son tour appuyer sur un ensemble de rondelles coniques du type Belleville 216 du même type que les rondelles 116 mais plus petites et situées dans l'espace compris entre la bague 209 et la pièce de contact 213. L'effort produit par la déformation de ces rondelles est transmis à la pièce de contact qui vient donc s'appuyer fermement sur la couronne métallisée correspondant à l'émetteur du transistor pilote. Cette pression est suffisante pour que le contact électrique soit parfait depuis cette métallisation jusqu'à la bague 209. La bague 209 comporte une perforation radiale dans laquelle est soudé un conducteur supplémentaire 213 destiné à établir la connexion de commande supplémentaire désirée. La perforation ainsi partiquée dans la bague 209 débouche du coté extérieur de celle-ci pour de pures raisons de facilité de percement. La soudure du conducteur est toutefois réalisée pour que celui-ci ne frotte pas contre le manchon 214. Ce conducteur est isolé par une gaine 226 et sort du cylindrell4etdelatige 109 par les lumières qui permettent au conducteur 113 d'en sortir. Le conducteur supplémentaire 213 se dirige alors vers une fourrure supplémentaire ménagée dans le bouchon 106, qui lui permet d'émerger à 11 extérieur de celui-ci. Le composant semiconducteur ainsi décrit possède donc bien une connexion de collecteur par la vis 104, une connexion d'émetteur du transistor de puissance par le plot 107, une connexion de base du transistor pilote par le conducteur 113, et une connexion commune à l'émetteur du transistor pilote et à la base du transistor de puissance par le conducteur supplémentaire 213. Dans la plupart des thyristors de puissance du type Darlington, les métallisations à la surface supérieure de la pastille 101 se présentent sous la forme d'une pastille centrale pour la gâchette du pilote entourée d'une petite couronne correspondant à la connexion commune à la cathode du thyristor pilote et à la gâchette du thyristor de puissance, elle-meme entourée d'une grande couronne correspondant à la cathode de thyristor de puissance. Le positionnement des contacts décrits plus haut ne présente donc pas de difficultes. Dans les transistors de puissance par contre ainsi que dans certains thyristors, il est nécessaire que la longueur de la jonction entre la base et l'émetteur soit la plus longue possible, ce qui conduit à utiliser une structure digitée du type de celle représentée sur la figure 3. Dans cette structure, la métallisation correspondant à la gâchette du pilote présente la forme d'une pastille centrale 301. La métallisation correspondant à la cathode du pilote présente la forme d'une couronne 302 concentrique à la pastille 301. Cette couronne 302 est réunie à la métallisation correspondant à à la gâchette du thyristor de puissance, qui présente la forme des indentations 303 réparties sur une couronne extérieure. La métallisation correspondant la cathode du thyristor de puissance présente la forme des indentations 304 complémentaires des indentations 303 et situées sur une grande couronne extérieure à la couronne 302. tes contacts avec l'extrémité épanouie du conducteur 113 et la couronne décolletée de la pièce de contact 213, peuvent donc se faire sans difficulté respectivement sur la pastille centrale 301 et sur -la couronne 302. Le contact entre la couronne 110 et la métallisation de la cathode du thyristor de puissance représenté par les indentations 304 ne peut se faire directement puisque la surface de cette couronne est plate. Pour assurer alors un contact sans courtcircuiter la cathode et la gâchette du transistor de puissance, on utilise une grille découpée aux dimmensions des indentations 304 et interposée entre la couronne 110 et la surface de la pastille 101. Cette grille est découpée de manière chimique dans un métal relativement dur tel que le molybdène pour éviter que celuici ne s'écrase sous le pression mais pour avoir un bon état de surface qui ne présente pas de risques de détérioration de la métallisation. On interpose néanmoins une préforme en argent 111 entre cette grille et la couronne 110. Il est toutefois nécessaire de prévoir des rondelles Belleville 116 présentant une force moins grande à l'écrasement, puisque la surface de contact est plus réduite que dans le cas d'un thyristor. REVENDICATIONS 1. Dispositif de contact pour composant semiconducteur, du type comprenant une couronne (110) destinée à assurer un premier contact, une tige conductrice (109) fixée au centre de la couronne perpendiculairement à celle-ci, un cylindre isolant (114) coulissant dans une cavité axiale percée dans la tige et débouchant au centre de la couronne, un ressort (115) situé dans la cavité de la tige pour faire saillir le cylindre hors de la couronne, un premier conducteur (113) placé dans la cavité axiale percée dans le cylindre, ce conducteur venant s'épanouir à l'extrémité du cylindre opposée au ressort pour assurer un deuxième contact et sortant du cylindre et de la tige par deux lumières latérales communiquant entre elles, et une première gaine (126) permettant d'isoler le premier conducteur de la tige, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une pièce conductrice cylindrique (213) pour assurer un troisième contact, cette pièce coulissant sur le cylindre dans un élargisse ment de la cavité de la tige débouchant au centre de la couronne, un manchon isolant (214) placé dans cet élargissement pour isoler la pièce cylindrique de la tige, des moyens élastiques (216) pour faire saillir la pièce cylindrique hors de la couronne, un deuxième conducteur (213) relié électriquement à la pièce cylindrique et sortant du cylindre et de la tige par les deux lumières, et une deuxième gaine (226) permettant d'isoler le deuxième conducteur de la tige. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une bague conductrice (209) située dans l'élargis- sement de la cavité entre le fond de celle-ci et l'extrémité interne de la pièce cylindrique (213) ; les moyens élastiques (216) prenant appui sur cette bague et sur cette extrémité interne, le deuxième conducteur (216) étant connecté à la bague, et le manchon isolant (214) permettant également d'isoler la bague et les moyens élastiques de la tige. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens élastiques sont formés de rondelles coniques (216) travaillant à l'écrasement. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 3, caractérisé en ce que l'extrémité de la pièce cylindrique (213) faisant saillie hors de la couronne (110) est décolletée pour former une surface de contact de dimensions déterminées. 5. Composant semiconducteur, du type comprenant un corps (102) muni d'un capot (105-106) et renfermant une pastille semiconductrice (101) dont une face est électriquement reliée au corps et dont l'autre face est munie de trois connexions métallisées, le capot comportant un plot (107) de connexion et au moins une première fourrure de sortie (108), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de contact selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, des moyens (116-119) permettant de presser ce dispositif sur la pastille semiconductrice pour pincer celle-ci entre le corps et le dispositif de contact, et une deuxième fourrure de sortie du capot ; la couronne (110), le premier conducteur (113), et la pièce cylindrique (213) étant appuyés sur respectivement les trois connexions métallisées de la pastille semiconductrice, la tige (109) étant reliée au plot, le premier conducteur sortant du capot pour la première fourrure, et le deuxième conducteur (213) sortant du capot par la deuxième fourrure. 6. Composant semiconducteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pastille semiconductrice comprend un transistor du type Darlington composé d'un transistor pilote et d'un transistor de puissance dont les bases sont reliées respectivement au premier et au deuxième conducteurs. 7. Composant semiconducteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pastille semiconductrice comprend un thyristor du type Darlington composé d'un thyristor pilote et d'un thyristor de puissance dont les gâchettes sont reliées respectivement au premier et au deuxième conducteurs.