Brevet FR2524708A1 — publié le 19831007

La présente se rapporte à un dispositif pour le refroidissement d'éléments à semi-conducteurs, et plus particulièrement à des perfectbnnements à un organe de refroidissement fait en aluminium ou en un alliage d'aluminium qui est utilisé pour le refroidissement d'éléments à semi-conducteurs. Un dispositif conventionnel se compose d'un élément à semi-conducteus ayant une partie conductrice de la chaleur faite de cuivre, et un organe de refroidissement fait en aluminium, o une couche de cuivre est formée sur l'organe de refroidissement par plaage du cuivre ou par dépôt de cuivre, et la couche de cuivre est jointe à la partie conductrice de la chaleur. Avec un dispositif conventionnel ci-dessus pour le refroidissement d'éléments à semi-conducteurs cependant, la couche de cuivre est formée par placage local ou dépôt local de cuivre sur l'organe de refroidissement d'aluminium, ce qui augmente le prix et cela n'est pas adapté à une production en masse. La préseateinvetion a pour bit l'élimination des défauts ci-dessus mentionnés, et a pour objet la création d'un dispositif excellent pour le refroidissement d'éléments à semi-conducteurs. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence à plusieurs dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention, et dans lesquels: la figure 1 est une vue avant illustrant partiel- lement en coupe transversale un dispositif pour le refroidissement d'un élément à semi-conducteuis selon un mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est une vue en perspective d'une plaque de refroidissement utilisée pour le mode de réalisation de la figure 1; la figure 3 est une vue avant montrant en coupe transversale une plaque pour monter des éléments à semi- conducteurs utilisés pour le mode de réalisation de la figure 1; la figure 4 est un schéma montrant l'état dans lequel le dispositif de refroidissement d'un élément à semi-conducteur du mode de réalisation de la figure 1 est placé sur une machine à souder par ultrasons; la figure 5 est une vue avant montrant partiel- lement en coupe transversale, un dispositif pour refroi- dir un élément à semi-conducteursselon un autre mode de réalisation de l'invention; la figure 6 est une vue en perspective d'une plaque de refroidissement utilisée pour le mode de réalisation de la figure 5; la figure 7 est une vue avant montrant en coupe transversale un boîtier pour monter des éléments à semi-conducteurs utilisés pour le mode de réalisation de la figure 5; la figure 8 est un schéma montrant l'état dans lequel le dispositif pour refroidir des éléments à semi-conducteurs du mode de réalisation de la figure 5 est placé sur une machine à souderparultra-sons;et la figure 9 est une vue en élévation avant montrant en coupe transversale un boîtier pour monter des éléments à semiconducteurs selon un autre mode de réalisation. Sur les dessins, les même chiffres de référence désignent des parties correspondantes ou identiques. Lesfigures 1 à 4 illustrent un mode de réalisation de l'invention o le chiffre de référence 1 désigne une plaque de refroidissement faite d'aluminium, qui a la forme d'une courroie ou sangle et qui a des évidements de montage la en un certain nombre demplacements, le chiffre 2 désigne des feuilles de montage d'éléments à semi-conducteurs qui sont fixées sur les évidements de montage ladans la plaque de refroidissement par soudure par ultra-sons La feuille 2 se compose d'une plaque d'aluminium 2 c sur une surface de laquelle estformée une couche de cuivre 2 a par cuivrage ou analogue et ayant de plus une couche pré- soudée 2 b qui eet appliquée sur le côté extérieur de la couche de cuivre 2 a Le chiffre de référence 3 désigne une diode qui sert d'élément à semiconducteurs et qui est soudée comme cela est désigné en 4, sur la plaque de montage 2, le chiffre 5 désigne une machine à souderparultra-sons et le chiffre 6 désigne une pastille qui est soumise à des vibrations ultrasoniquespar une source de vibrations ultra-soniques(non représentée) Des protubérances 6 a ayant une forme de pyramide carréé sont formées sur la surface extrême de la pastille 6 La direction des vibrations ultrasoniques est telle qu'indiquée par la flèche f et une force de pression est exercée comme cela est indiqué par la flèche P Le chiffre de référence 7 désigne un organe fixe de support qui est fait d'un acier à matrice qui est prévu face à la pastille 6 Une enclume 8 est formée sur la partie extrême supérieure de l'organe de support 7 sous forme d'une structure unitaire, et des protubérances 8 a ayant une forme de pyramide carréesont formées sur la surface extrgme de l'enclume 8. Le processus de fabrication du mode de réalisation ci-dessus mentionné sera décrit ci-après. D'abord, les évidements de montage la sont formés dans la plaque de refroidissement 1 Une couche pré-soudée 2 b est formée sur la couche de cuivre 2 a qui n'est formée que sur une surface de la plaque d'aluminium 2 c La plaque est alors coupée en feuillesde montage 2 d'éléments à semiconducteurs d'une dimension adaptée pour s'adapter dans les évidements de montage la. La feuille de montage 2 d'éléments à semi-conduc- teurs est placée sur l'évidement la de la plaque de refroidissement 1 de façon que les plaques respectives d'aluminium soient l'une contre l'autre La plaque de refroidissement 1 est alors placée sur la surface de l'enclume 8 de la machine à souder par ultra-sons, et la pastille 6 est placée sur la feuille de montage 2 de l'élément à semi-conducteurs La pastille 6 est déplacée dans la direction de la flèche P pour presser la feuille 2 et la plaque 1 contre l'enclume 8 à une force prédéter- minée ( 1470 N) de façon que les protubérences 6 a, 8 a de la pastille 6 etdel'enclume mordent dans les surfacesde la feuille 2 etdela plaque 1 face aux surfaces de jonction, respectivement Avec les parties de jonction de la feuille 2 et de la plaque de refroidissement i pressées par la pastille 6 et l'enclume 8, des vibrations ultra- soniquessont appliquées à la pastille 6 pour la faire vibrer dans la direction de la flèche f de façon que les surfaces de jonction de la feuille 2 et de la plaque de refroidissement 1 soient forcées à frotter l'une contre l'autre Ainsi, les deux organes sont joints à leurs parties de jonction Alors, la diode 3 est fixée sur la feuille 2 de montage de l'élément à semi-conducteurs par la soudure 4. Selon le mode de réalisation de l'invention ci- dessus mentionné, la plaque de refroidissement 1 et la feuille de montage 2 de l'élément à semi-conducteurs sontfixées ensemble par soudure par ultra-sons En comparaison avec le dispositif conventionnel o la couche 2 a est formée dans les évidements la de la plaque de refroidissement 1 par cuivrage, le dispositif selon la présente invention peut ttre très facilement produit en masse d'une façon automatisée. Par ailleurs, comme la couche pré-soudée 2 b a été pré-formée sur la feuille 2 de montage de l'élément à semi-conducteurs la surface de la couche de cuivre 2 a n'est pas durcie lorsqu'elle est traitée, c'est-àdire ce que la surface devient quand elle recuite Par conséquent, la couche de cuivre 2 a n'est pas détruite pendant l'étape de l'opération de soudure par ultra-sons. Dans le mode de réalisation ci-dessus mentionné, on a utilisé de l'aluminium pour la plaque de refroidis- sement 1 et la plaque 2 c de la feuille 2 de montage de l'élément à semiconducteuis Cependant, à la place de l'aluminium on peut employer un alliage d'aluminium. Par ailleurs, bien que la feuille 2 de montage de l'élément à semiconducteursa été enduite d'une couche en cuivre 2 a, elle peut être enduite de tout autre métal comme du nickel ou de l'étain ou' une soudure peut être efficacement appliquée Par ailleur, bien que la couche de cuivre 2 a et la couche pré-soudée 2 b aient été appliquées uniquement sur une surface de la plaqie d'aluminium 2 c de la feuille 2 de montage de l'élément à semi-conducteursdans le mode de réalisation ci-dessus mentionné, la présente invention ne doit en aucun cas y être limitée. Les figures 5 à 8 montrent un autre mode de réalisation o un boîtier 2 de montage d'un élément à semi-conducteuxren forme de coupe est prévu dans l'évidement de montage la de la plaque de refroidissement 1 Le boîtier 2 se compose d'une plaque d'aluminium ayant sur une surface,une couche de cuivre 2 a formée par cuivrage Par ailleurs, une couche pré- soudée 2 b est formée sur le côté externe de la couche de cuivre. Le chiffre de référence 3 désigne une diode qui est un élément à semiconducteum et qui est fixée parunesoudure sur le bottier 2 de montage de l'élément à semi-conducteurs, le chiffre 5 désigne une machine à souder par ultra-sons et le chiffre 6 désigne une pastille qui reçoit des vibrations ultra-soniques d'une source génératrice de vibrations ultrasoniques (non représentée) Des protubérances 6 a ayant une forme de pyramide carrée soint formées à la surface extrême de la pastille 6 La direction des vibrations ultra-soniques est comme indiquée par la flèche f et une force de pression est exercée dans la direction de la flèche P Le chiffre de référence 7 désigne un organe fixe de support fait en acier à matrice qui est prévu face à la pastille 6 Une enclume 8 est formée sur les parties extrêmes supérieures de l'organe de support 7 sous forme d'une structure unitaire,ta 'protubérances 8 a ayant une forme de pyramide carrée sont formées sur la surface extrême de l'enclume 8. Le processus de fabrication du mode de réalisation ci-dessus mentionné sera décrit ci-après. D'abord, des évidements de montage la sont formés dans la plaque de refroidissement 1 Une coudne pré- soudée 2 b est formée sur la couche de cuivre 2 a qui est formée sur une surface de la plaque d'aluminium 2 c. La plaque est alors coupée en bottiers 2 de montage d'éléments à semiconducteurs d'une dimension adaptée à s'ajuster dans les évidements de montage la. Le boîtier de montage de l'élément à semi-conduc- teum est placé dans l'évidement la dans la plaque de refroidissement 1 de façon que les plaques respectives d'aluminium se touchent La plaque de refroidissement 1 est alors placée sur la surface de l'enclume 8 de la machine à souder par ultra-sons et la pastille 6 est placée sur le boîtier 2 de montage de L'élément à semi- conducteurs La pastille 6 est déplacée dans la direction de la flèche P pour presser le boîtier 2 et la plaque de refroidissement 1 contre l'enclume 8 à une force pré- déterminée ( 1470 N) afin que les protubérances 6 a, 8 a de la pastille 6 et de l'enclume 8 mordent dans les surfaces du boîtier 2 et de la plaque de refroidissement 1 face aux surfaces de jonction, respectivement Avec les parties de jonction du boîtier 2 et de la plaque de refroidissement 1 presséespar la pastille 6 et 1 'end Ime 8, des vibrations ultra-soniques sont appliquées à la pastille 6 pourra faire vibrer dans la direction de la flèche f. donc les surfaces de jonction du bottier 2 et de la plaque de refroidissement 1 sont forcées à frotter l'une contre l'autre Ainsi, les deux organes sont joints à leurs parties de jonction Alors, la diode 3 est fixée sur le bottier 2 de montage de l'élément à semi-conducteurspar une soudure 4. Dans le mode de réalisation ci-dessus décrit o le bottier 2 a la forme d'une coupe, la soudure 4 ne s'écoule pas hors du bottier quand la diode 3 est soudée sur le bottier Par conséquent, la soudure 4 n'eabère pas sur la plaque de refroidissement 1 et la surface de la plaque 1 est corrodée. La figure 9 montre un autre mode de réalisation o le fond du bottier 2 en forme de coupe a des surfaces supérieure et inférieure rugueuses En effet, comme le bottier 2 a la forme d'une coupe, la soudure 4 ne s'écoule pasà l'ext eurquand l'élément à semi-conducteurs 3 est soudé sur le bottier 2 Par ailleurs, comme le fond du bottier 2 en forme de coupe a des surfaces supérieure et inférieure rugueuses, un bruit ne se développe pas entre le bottier 2 et la plaque 1 lorsqu'ils sont soumis à une soudure par ultra-sons Par ailleurs, les positions de la pastille 6,'du bottier 2 et de la plaquer ne s'écartent pas les unes par rapport aux autres, et les deux organes peuvent être soudés ensemble en toute sécurité. R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif pour le refroidissement d'éléments à semi-conducteurs caractérisé en ce qu'il comprend: une plaque ( 1) pour le refroidissement d'éléments à semi-conducteurs, ladite plaqueétanten aluminium ou en alliage d'aluminium; une feuille ( 2) de montage d'éléments à semi-con- ducteurs qui est faite en aluminium ou en alliage d'aluminium, ladite feuille ayant sur une surface une couche en métal ( 2 a) à laquelle de la soudure peut être appliquée, et l'autre surface de ladite feuille étant fixée à une partie évidée (la) forméedns ladite plaque de refroidissement par soudure par ultra-sons. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche en métal précitée à laquelle de la soudure peut être appliquéeest composée de cuivre. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une couche de soudure ( 2 b) est formée à la surface supérieure de la couche en métal précitée. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la feuille précitée de montage d'éléments à semi-conducteurs a la forme d'une coupe. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une surface rugueuse est formée au moins sur la feuille de montage de l'élément à semi-conducteursou bien sur la plaque de refroidissement pour renforcer le montage. 6. Dispositif pour le refroidissen nt d'éléments à semiconducteurs, caractérisé en ce qu'il comprend: une plaque pour le refroidissement d'éléments à semi-conducteurs, ladite plaque étant faite en aluminium ou en un alliage d'aluminium; une feuille de montage d'un élément à semi-conducteurs qui est faite en aluminiumouenunalliage d'aluminium, ladite feuille ayant sur une surface une couche de métal qui y est formée et une couche présoudée qui est formée sur l'autre surface de ladite couche en métal, l'autre surface de ladite feuille étant fixée à une partie évidée formée dans ladite plaque de refroidissement par soudure par ultra-sons; - ainsi un élément à semi-conducteursest fixé à ladite feuille de montage de l'élément à semi-conducteur par soudure.