Brevet FR2487579A1 — publié le 19820129

La présente invention se rapporte aux procédés d'assemblage de diodes semiconductrices, qui permettent à partir d'une pastille semiconductrice formant une jonction PN de fabriquer une diode conr plète munie de deux connexions électriques raccordées sur les faces de cette pastille. Elle concerne également les dispositifs permettant de mettre en oeuvre ces procédés d'assemblage. Il est connu de fabriquer une diode semiconductrice à partir d'une petite pastille de semiconducteur, du silicium par exemple, convenablement dopée pour présenter une jonction redresseuse entre ses deux faces. Cette pastille est le plus souvent de forme carrée parce qu'elle est obtenue par sciage d'une plaquette plus grande. Pour raccorder à cette pastille les connexions de cathode et d'anode, il est usuel de souder sur chacune de ses faces une rondelle métallique appelée répartiteur et servant notamment a absorber les surcharges thermiques instantanées. En raison des différentes tolérances dans le procédé de fabrication, l'un au moins des coins de la pastille carrée de semiconducteur formant l' me de ce sandwich fait saillie entre les deux répartiteurs pour le plus grand nombre des éléments ainsi fabriqués. Dans l'étape suivante de l'assemblage, on soude les faces externes du sandwich, ou les faces de la pastille semiconductrice si l'on n'utilise pas de répartiteur, à deux morceaux de fil conducteur dont les extrémités ont été écrasées pour former des épanouissements sur lesquels seront soudées ces faces. Ces conducteurs sont couramment appelés en raison de leur forme des clous et nous utiliserons cette dénomination dans la suite du texte. Pour procéder a cet assemblage, on utilise un appareillage formé d'une plaque munie d'un ensemble de trous et surmontée d'une contreplaque munie d'un autre ensemble de trous situés en face de ceux de la première. Les trous de la première plaque sont, sur la partie inférieure opposée à la contreplaque, du d'diamètre d'un clou pour permettre le passage libre de celui-ci. Dans la partie supérieure de la plaque, venant en regard de la contreplaque, ces trous sont plus larges de manière à ce que la tête du clou qui y est enfilé puisse descendre dans cet élargissement. On place alors dans chaque trou un clou qui ressort par l'extrémité inférieure de la plaque et dont la tête vient se loger au fond de l'élargissement.Au-dessus de cette tête, on place successivement une préforme de soudure, un sandwich redresseur tel que décrit plus haut, une autre préforme de soudure, et un deuxième clou monté à l'envers du premier de telle manière que sa tête repose sur la deuxième préforme. On place alors la contreplaque en enfilant les clous qui ressortent par le dessus de la première plaque dans les trous de la contreplaque. L'ensemble est ensuite placé dans un four à une température convenable pour faire fondre les préformes de soudure, puis refroidi, ce qui termine l'opération de soudure. On retire alors la contreplaque, puis les diodes qui viennent d'être ainsi assemblées. Les pièces formant les diodes, qui étaient libres lors du montage de tout ce dispositif de soudure, se sont placées au hasard contre les différentes parois des alvéoles qui les maintiennent. Comme ces pièces étaient libres, il nty avait pas de frottement particulier. Par contre, lors du démontage, elles sont réunies entre elles par la soudure et elles portent le plus s#ouvent sur des ewr placements distincts des parois des trous. C'est notamment le cas pour les coins des pastilles semiconductrices dont on a vu qu'ils avaient tendance à déborder du sandwich formé avec les répartiteurs. Dans ces conditions, lors de l'extraction des diodes assemblées hors du montage qui a servi à faire la soudure, les efforts et les frottements exercés sur les diodes provoquent des défauts sur un nombre important de celles-ci. Pour éviter l'apparition de ces défauts, l'invention propose un procédé d'assemblage de diodes semiconductrices, du type consistant à empiler dans un dispositif de maintien successivement un premier clou de connexion, une première préforme de soudure, une pastille redresseuse, une deuxième préforme de soudure, et un deuxième clou de connexion, à chauffer le dispositif pour souder ces pièces ensemble, puis à démouler les diodes ainsi assemblées, principalement caractérisé en ce que après l'étape de l'empilage on déplace avec une pièce mobile du dispositif de maintien les préformes de soudure et la pastille pour les centrer sur les têtes des clous de connexion, et que lton immobilise ensuite cette pièce mobile pour la maintenir pendant l'étape de chauffage à une distance déterminée de la diode. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante présentée à titre d'exemple non limitatif et faite en regard des figures annexées suivantes - la figure 1, qui représente une vue en perspective d'un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention - les figures 2 et 3 qui représentent des sections partielles du dispositif de la figure 1. Le dispositif permettant d'assemblerles diodes comprend essentiellement trois plaques qui permettent de maintenir les différentes parties de ces diodes pendant les opérations de soudure des clous sur la pastille redresseuse. Ces trois plaques sont formées respectivement d'une plaque de base 103 servant de support à l'ensemble du dispositif, d'une plaque intermédiaire 102, et d'une contreplaque 101. Elle comporte des ensembles de trous 201, 202, 203, dont on n'a représenté que quelques-uns sur la figure 1 pour simplifier le dessin. Ces trous recouvrent la plus grande partie des plaques de manière à pouvoir procéder à l'assemblage simultané d'un très grand nombre de diodes.Lorsque les plaques sont superposées avec un calage adéquat qui sera décrit plus loin, chaque trou d'une plaque est dans l'alignement de deux trous situes sur l'une et l'autre plaque Pour pouvoir maintenir ensemble ces trois plaques lorsqu'elles sont ainsi superposées, on utilise quatre pièces de maintien 104 situées aux quatre coins des plaques. Ces pièces sont cylindriques et comportent (fig. 2) deux extrémités de même diamètre 301 et 303, et une partie centrale 302 d'un diamètre supérieur à celui des ex trémités. L'extrémité inférieure 303 de chaque pièce est enfoncée à frottement dur jusqu'au niveau de l'épaulement présenté par la partie centrale 302, dans un trou 403 perforé dans la pièce 103. Ainsi, ces quatre pièces sont immobilisées aux quatre coins de la plaque 103 et font saillie sur la face supérieure de celle-ci. Ouand on empile la plaque intermédiaire 102 sur la plaque de base 103, les pièces 104 prennent place dans quatre trous 402 forés aux quatre coins de la plaque intermédiaire. Le diamètre de ces trous est supérieur au diamètre des épaulements 302 de manière à présenter un jeu radial j entre ce trou et l'épaulement. Quand on empile la contreplaque 101 au-dessus de la plaque intermédiaire 102, les extrémités 301 des pièces 104 viennent se loger dans quatre trous forés aux quatre coins de la contreplaque 101. Le diamètre de ces trous est suffisant pour que la contreplaque coulisse librement, mais sans jeu, sur les pièces de maintien 104. On peut ainsi procéder au montage et au démontage sans difficulté de la contreplaque et donc de la plaque intermédiaire. D'autre part, la hauteur de l'épaulement 302 est légèrement supérieure à l'é- paisseur de la plaque intermédiaire 102 de manière à ce que la plaque intermédiaire puisse coulisser librement entre la plaque de base et la contreplaque dans les limites permises par le jeu j. La coupe partielle de la figure 2 passe par l'axe de l'une des pièces 104, et par l'axe du triplet de trous 201, 202, 203 le plus proche de cette pièce 104. Les plaques 101 et 103 n'ayant pas de jeu relatif l'une par rapport à l'autre, les trous 201 et 203 sont toujours parfaitement alignés. Leur diamètre permet de loger deux clous 105 et 106 sans jeu mais suffisamment librement pour pouvoir extraire ces clous sans difficulté après le traitement thermique qu'ils auront subi lors de la soudure. On a représenté sur la figure 2 en plus de ces deux clous la pastille semiconductrice 107, et deux préformes de soudure 108 qui formeront avec les clous après l'assemblage une diode complète. Ces pièces sont représentées écartées pour pouvoir mieux les distinguer. D'autre part, la pastille semiconductrice et les préformes de soudure sont représentées en butée contre les parois du trou 202 dans une position où elles se placeraient naturellement lors de la préparation du montage avant soudure. Quand on met les différents éléments en place, la plaque 102 vient reposer sur la plaque 103, les clous 106 descendent jusqu'à ce que leur tête bute contre la face supérieure de la plaque de base 103, les pastilles 107 et les préformes 108 tombent sur les têtes de ces clous 106, et les clous 105 descendent jusqu a ce que leur tête vienne appuyer sur les préformes de soudure 108 supérieures.Le problème est alors de ramener les pastilles semi-conductrices et les préformes de soudure vers le centre des trous 202 de manière à ce qu'elles ne touchent plus les parois de ce trou afin d'éviter toute friction lors du démontage. Pour cela on peut, en se référant au cas de figure représentée sur la figure 2, déplacer la plaque intermédiaire 102 vers la gauche pour résorber le jeu j, ce qui centre la pastille 107 entre les clous. On déplace alors cette plaque 102 vers la droite pour résorber le jeu j de l'autre côté de l'épaulement 302, ce qui centre les préformes 108. Dans un dernier temps, on redéplace la plaque 102, de manière à ce que l'épaulement 302 soit bien centré dans le trou 402 avec un jeu j constant sur tout son pourtour. Ainsi, la pastille semiconductrice et les préformes de soudure ne toucheront pas les parois du trou 202. Le poids des clous 105 est suffisamment faible pour que la pression qu'ils exercent sur les pastilles et les préformes n'amène aucun dommage lors de leur déplacement radial. On peut alors procéder à la cuisson de l'ensemble pour que la soudure se fasse et que les diodes soient assemblées. Lors du démoulage, il nty aura pas de frottement et aucune diode ne sera détériorée de ce fait. Les positions de la pastille semiconductrice 107 et des préformes de soudure 108 représentées sur la figure 2 ne sont que des cas particuliers. Dans l'ensemble des trous 202 les pastilles et les préformes se répartissent de manière parfaitement aléatoire et on ne peut donc plus se contenter d'un mouvement de va-et-vient tel que décrit plus haut. Pour centrer les différentes pastilles et les différentes préformes, le plus simple est alors d'amener la plaque 102 en butée contre l'épaulement 302 en un point quelconque et de lui faire décrire un mouvement qui permette de faire tourner ce point de contact tout autour de l'épaulement 302. Un tel mouvement est tel que la plaque garde son orientation mais que chacun de ses points décrive un cercle de rayon j. Différents mécanismes peuvent procurer un tel mouvement. Dans un exemple de réalisation représenté en figure 3, on utilise un excentrique. Cet excentrique comprend une partie 109 cylindrique venant s'emmancher à frottement doux dans un trou 110 percé près du bord de la plaque de base 103. Cette partie 109 vient se raccorder par une partie conique 111 à une partie cylindrique 112 de diamètre supérieur a celui de la partie 109. Les axes des parties 109 et 112 sont parallèles mais séparés d'une distance j. L'extrémité supérieure de la partie 112 est moletée pour permettre de la saisir aisément. La partie 112 vient s'emmancher à frottement doux dans un trou 113 pratiqué sur la plaque intermédiaire 102 au-dessus du trou 109.Elle traverse aussi un trou 114 pratiqué dans la contreplaque 101 au-dessus des trous 109 et 113 et dont le diamètre est suffisarment grand pour que la partie 112 ne le touche pas dans son mouvement de rotation. Le mouvement de la plaque intermédiaire 102 étant limité par les pièces de maintien 104, le trou 113 se trouvera toujours situé en dessous du trou 114 et l'on pourra toujours introduire l'excentrique par ce trou dans le trou 113, la partie conique 111 servant à faciliter cette introduction. Pour les memes raisons, le trou 110 se trouve toujours en dessous du trou 113 et en tournant l'excentrique la partie 109 se placera toujours à un moment quelconque de cette rotation dans ce trou 110. L'extrémité de cette partie 109 est légèrement chanfreinée pour faciliter cette introduction. Pour que le mouvement soit plus régulier et que le centrage se fasse dans tous les cas de manière satisfaisante, on a prévu dans l'exemple décrit un deuxième excentrique qui se place dans des trous identiques forés dans les plaques 101, 102, 103 de manière symétrique des trous 110, 113, 114 par rapport au centre de ces plaques. La précision à obtenir pour le mouvement, compte tenu du recentrage final, est suffisamment faible pour que l'on puisse se contenter de tourner les deux excentriques simultanément en les manipulant par leur partie moletée. Il n'est pas utile de prévoir un mécanisme quelconque qui les relie pour obtenir mécaniquement un mouvement simultané. A la fin du mouvement de rotation des deux excentriques, les pas. tilles semiconductrices et les préformes de soudure sont bien cen trées mais elles sont toutes appuyées du meme côté contre les parois des trous 202. C'est ce qui nécessite un dernier mouvement de recentrage vu plus haut. Pour cela, on commence par retirer les excentriques qui interdisent ce mouvement. On insère ensuite deux broches 115 dans deux ensembles de trous 117 perforés dans les plaques 101 à 103 le long des bords de telle manière que les trous de chaque triplet (201-203) soient rigoureusement dans l'alignement les uns des autres lorsque la contreplaque 102 est exactement centrée. Le diamètre de ces broches est égal à celui du trou pour pouvoir coulisser librement dans eux et leur extrémité est pointue de manière à pouvoir s'engager dans le trou de la plaque 102 lorsqu'elles sortent du trou de la plaque 101.Cette partie conique chasse alors la plaque 102 qui se centre ensuite autour de la partie cylindrique de la broche. L'extrémité supérieure de la broche est terminée par un épaulement quelconque qui permet de ltempêcher de sortir du trou par le bas. Lorsque ces broches sont insérées dans les trous 117, le dispositif muni des pièces destinées à être assemblées est prêt pour l'opération de cuisson suivante. Pour que le centrage soit correct, il faut que le jeu j soit égal au jeu existant entre la pièce centrée et le trou 202 après l'opération finale de recentrage de la plaque intermédiaire. Le jeu j doit donc être suffisant pour empêcher, lors de l'extraction de la diode de la plaque intermédiaire, une partie quelconque de la pièce la plus grande contenue dans un trou 202 de venir frotter contre les parois de celui-ci. La dimension la plus grande de ces pièces est généralement la diagonale de la pièce de silicium formant l'élément redresseur. Un jeu de quelques dixièmes de millimètres au-delà des dimensions limites fixées par les tolé- rances de découpage de cette plaquette est parfaitement suffisant. En ajoutant ce jeu aux dimensions extrêmes déterminées par ces tolérances, on obtient les dimensions des trous 202. REVENDICATIONS I. Procédé d'assemblage de diodes semiconductrices, du type consistant à empiler dans un dispositif de maintien successivement un premier clou de connexion (106), une premiere préforme de soudure (108), une pastille redresseuse (107), une deuxième préforme de soudure (108), et un deuxième clou de connexion (105), à chauffer le dispositif pour souder ces pièces ensemble, puis à démouler les diodes ainsi assemblées, caractérisé en ce que après l'étape de 1' empilage on déplace avec une pièce mobile (102) du dispositif de maintien les préformes de soudure et la pastille pour les centrer sur les têtes des clous de connexion, et que lton immobilise ensuite cette pièce mobile pour la maintenir pendant l'étape de chauffage à une distance déterminée (j) de la diode. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, du type comprenant une plaque de base (103) munie d'un premier ensemble de trous (203) et une contreplaque (101) superposée à la plaque de base et munie d'un deuxième ensemble de trous (202) coaxiaux aux trous du premier ensemble, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une plaque intermédiaire (102) insérée entre la plaque de base et la contreplaque et munie d'un troisième ensemble de trous (202) superposés aux trous du premier ensemble et de diamètre supérieur au diamètre des trous du premier et du deuxième ensemble , des moyens (109-114) permettant de faire coulisser la plaque intermédiaire dans toutes les directions d'une distance déterminée (j) et des moyens (115,117) permettant d'immo- biliser cette plaque intermédiaire dans une position telle que les trous du troisième ensemble soient coaxiaux aux trous du premier et du deuxième ensembles. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens permettant de faire coulisser la plaque intermédiaire comprennent au moins un excentrique amovible comportant une première partie cylindrique (109) pouvant tourner sur son axe dans un trou (110) foré dans la plaque de base, et une deuxième partie cylindrique (1 12) pouvant tourner autour de l'axe de la première partie dans un trou (113) de même diamètre que cette deuxième partie et foré dans la plaque intermédiaire ; l'axe de la deuxième partie étant parallèle à celui de la première et décalé de la distance déterminée (j). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens permettant de faire coulisser la plaque intermédiaire comprennent en outre un deuxième excentrique amovible identique au premier. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les moyens permettant d'immobiliser la plaque intermédiaire comprennent deux ensembles de trois trous de même diamètre (117) forés respectivement dans les trois plaques du dispositif et coaxiaux lorsque la plaque intermédiaire est immobilisée, et deux broches cylindriques (115) ayant le même diamètre que ces trous et destinées à être insérées respectivement dans ces deux ensembles de trois trous. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins deux pièces de maintien cylindriques (104) emmanchées à frottement dur dans des trous (403) forés dans la plaque de base et a frottement libre dans des trous (401) forés dans la contreplaque, ces pièces étant munies d'un épaulement central (302) permettant de déterminer la distance entre la plaque de base (103) et la contreplaque (101) pour que la plaque intermédiaire (102) coulisse librement entre elles ; la plaque intermédiaire (102) étant munie de deux trous cylindriques (402) permettant le passage de ces pièces de maintien et de diamètre égal au diamètre de l'épaulement central augmenté de deux fois la distance déterminée (j) de coulissement de la plaque intermédiaire.