Brevet FR2558644A1 — publié le 19850726

BLOC DE MONTAGE POUR SEMI-CONDUCTEUR DE PUISSANCE. La présente invention concerne un bloc de montage pour au moins un composant semi-conducteur de puissance sur un dissipateur thermique unilatéral, le composant semi-conducteur étant appliqué sur le dissipateur au moyen d'un dispositif de serrage prenant appui, d'une part, sur le dissipateur et, d'autre part, sur le composant semi-conducteur, un tel bloc comprenant un support en matériau isolant muni de moyens de fixation sur le dissipateur. Les dispositifs de montage connus pour semi-conducteurs de puissance à refroidissement unilatéral, c'est-à-dire par une seule face du semi-conducteur, utilisent parfois un bottier isolant de hauteur calibrée en fonction de celle du semi-conducteur t dans le bottier se trouve un ressort taré de manière à produire l'effort de serrage prescrit. La connexion électrique de puissance est réalisée, soit par une tige filetée sortant du bottier à la partie supérieure de celui-ci, soit par une plage de raccordement rigide sortant du bottier sur l'un des côtés de celui-ci. Un tel dispositif a pour inconvénient de nécessiter une association contraignante du composant semi-conducteur1 de son bottier et du ressort de serrage ; de plus le mode de connexion utilisé entraîne une cascade de contacts électriques provoquant les échauffements successifs nocifs pour le semi-conducteur, et/ou des contraintes mécaniques dues à des connexions rigides et dommageables pour la fiabilité du semi-conducteur. Enfin, pour s'adapter à des semi-conducteurs de diamètres différents, il est nécessaire de disposer de plusieurs types de bottiers et de prévoir autant de groupes de perçages que de types de bottiers. Dans un autre dispositif de montage connu, du type à refroidissement bilatéral, c'est-à-dire par les deux faces du composant semi-conducteur, on utilise des brides de serrage destinées à enserrer deux dissipateurs thermiques enfermant le semi-conducteur. La bride comporte un ressort taré afin d'obtenir l'effort de serrage prescrit. Dans ce cas, les connexions électriques sont réalisées sur les dissipateurs qui assurent également la fonction de conducteurs électriques. Ce dispositif a, comme le précédent, l'inconvénient de nécessiter plusieurs groupes de perçages pour permettre de monter des brides de serrage adaptées à des semi-conducteurs de diamètres différents. L'invention a notamment pour but de remédier aux inconvénients cités au moyen d'un bloc de montage pour semi-conducteurs de puissance particulièrement simple et peu onéreux. Elle a également pour but de permettre la mise en oeuvre d'un tel bloc pratiquement sans modification avec des composants semi-conducteurs de diamètres différents et avec des connexions de puissance dans plusieurs directions. Selon l'invention, dans un bloc de montage du type décrit en préambule, le support isolant est un cadre posé sur le dissipateur et comportant au moins une fenêtre traversante prévue pour loger le composant semi-conducteur, tandis qu'un conducteur de puissance prévu pour le raccordement électrique d'une face du composant est inséré entre le dispositif de serrage et le composant et est maintenu dans le cadre par des moyens de retenue évitant la transmission au composant de tout effort exercé sur une connexion associée au conducteur. Le bloc de montage ainsi réalisé, de préférence par moulage, admet des semi-conducteurs de diamètres différents grâce à un dimentionnement suffisant des fenêtres traversantes et permet par ses moyens de retenue de décharger les semiconducteurs des efforts de translation, de rotation ou d'arrachement exercés sur les connexions. Dans un mode de réalisation avantageux par sa polyvalence d'applications, les moyens de retenue, par exemple constitués par des nervures de butée ou des tétons lorsque le conducteur de puissance est une barre, sont disposés de façon à permettre de monter le conducteur de puissance sur le cadre selon l'une ou l'autre de deux directions perpendiculaires. De préférence, les dispositifs de serrage des composants semi-conducteurs comportent des poutres dont les extrémités sont assujetties à des vis de serrage et dont la partie centrale est appliquée sur la barre conductrice par l'intermédiaire d'un ressort, ces poutres étant disposées en biais - par exemple à 450 - par rapport à l'axe de la barre. Les extrémités des poutres peuvent avantageusement présenter au moins un pan coupé et/ou une surface arrondie, en vue d'accroître leur distance d'isolement par rapport à une enveloppe métallique de logement du bloc ou à une poutre adjacente. Ceci permet, pour un entraxe prédéterminé entre vis de serrage d'une même poutre, d'augmenter la distance d'isolement, ou inversement, pour une distance d'isolement imposée, d'augmenter l'entraxe et donc le diamètre des composants semi-conducteurs admis dans le bloc. Les avantages ainsi que les particularités de l'invention apparaîtront clairement à la lumière de la description ciaprès. La figure 1 représente en perspective un bloc conforme à l'invention logeant deux semi-conducteurs de puis sance. La figure 2 représente en élévation de face le bloc de la figure 1. La figure 3 montre le même bloc en élévation latérale, les dispositifs de serrage étant enlevés. La figure 4 est une vue analogue à la figure 3 en coupe selon le plan IV-IV de la figure 2. La figure 5 montre en vue de dessous à échelle un peu agrandie deux blocs accouplés à barres de puissance verticales. La figure 6 montre à plus petite échelle en élévation de face deux blocs accouplés à barres de puissance horizontales. Les figures 7 à 9 représentent trois modes de réalisa tion d'extrémités de poutres de serrage. Le bloc de montage représenté sur les figures présente un cadre moulé 10 en matériau isolant muni d'un logement 11 pour recevoir, par emboîtement, un dissipateur thermique unilatéral 12 par exemple en aluminium et deux fenêtres 13, 14 prévues pour loger chacune un composant semi-conducteur de puissance 15, 16 dont les dimensions peuvent varier dans de larges limites. A chaque semi-conducteur 15, 16 est associé un dispositif de serrage respectif 17, 18, tandis que la connexion électrique de puissance des semi-conducteurs est assurée par des conducteurs à tresses ou de préférence à barres ; une première barre 20 liée à une lame de connexion 21 est en contact avec la face avant des semi-conducteurs, tandis qu'une deuxième barre 22 est en contact électrique avec le dissipateur et donc avec la face arrière des semi-conducteurs. Les fenêtres 13, 14 sont traversantes et débouchent sur la face avant 23 et sur la face arrière 24 du cadre 10. Ce dernier comprend quatre côtés 10a, lOb, lOc, 10d ; sur le côté 10a, une nervure 25a en retrait par rapport à la face 23 comprend des orifices traversants 26 et des trous borgnes 27. De l'autre côté lOb, le cadre 10 présente également, dans une nervure 25b complémentaire de la nervure 25a, des orifices traversants 26 alignés avec ceux du capté lOa et des tétons 28 de positionnement et de maintien qui se dressent vers la face avant en 28a et vers la face arrière en 28b. Le cadre 10 comporte entre les fenêtres 13, 14 un pont 29 reliant les côtés 10a, lOb et portant vers la face avant un téton 30. De part et d'autre du pont 29, le cadre comprend deux orifices 31 de passage pour des vis de fixation sur le dissipateur. Sur son côté lord, le cadre présente une ouverture 32 de passage pour une vis de fixation 33 de la deuxième barre de connexion 22 au dissipateur et un évidement 34 permettant l'insertion d'une barrette transversale 35 ; cette barrette est fixée au dissipateur par un système vis-écrou 36 et sert elle-même de point d'ancrage à la lame de connexion 21 grâce à un orifice taraudé 37 avec lequel coopère une vis 38. Le dispositif 37, 38 permet au cadre d'absorber les efforts d'arrachement exercés sur la lame 21 sans que ces efforts soient transmis à la barre 20 et donc aux semi-conducteurs. Il va de soi que tout autre système de dissociation mécanique entre la lame 21 et la barre 20 pourrait être inclus dans le bloc. En dehors des tétons 28 et 30, le cadre 10 comprend des saillies ou nervures de retenue venues de moulage pour maintenir la barre ou les barres conductrices situées sur la face avant du bloc en position verticale (figures 1 à 5) ou en position horizontale (figure 6). On voit en particulier sur la figure 2 que la barre 20 d'axe Y-Y vertical est maintenue par des nervures verticales 39 sur le côté 10d et 40 sur le pont 29. Dans le cas de barres 44, 45 d'axes horizontaux Y1-Y1 et Y2 Y2 (figure 6) couplant plusieurs blocs, le cadre 10 présente des nervures horizontales 41, 42. La barre est dans chaque cas maintenue en position par les nervures décrites, en association avec le téton 28 ou 30 pénétrant dans un orifice correspondant 43 de la barre. On a représenté sur la figure 5 deux blocs accouplés pour former un pont de puissance ou autre montage habituel associant plus de deux semi-conducteurs de puissance. Les cadres 10-1, 10-2 des deux blocs adjacents sont assemblés par emboitement des parties arrière 28b des tétons du cadre 10-1 dans les trous borgnes 27 du cadre 10-2, puis par vissage des systèmes vis-écrou dans les orifices 26 alignés des deux cadres et/ou par sertissage ou rivetage. Les dispositifs de serrage 17, 18 comprennent des brides à poutres 50 aux extrémités desquelles sont montées deux vis 51 munies de canons isolants 52. Les vis sont ancrées, d'une part, dans le dissipateur thermique 12 au moyen d'écrous non représentés logés dans des glissières 53. La partie centrale des poutres 50 est appliquée sur un ressort 54 lui-même en appui sur la barre conductrice en cuivre 20. Les poutres de serrage 50 sont disposées en biais, de préférence à 450, par rapport à l'axe Y-Y de la barre 20 de façon à faciliter la disposition verticale de cette barre (figures 2 à 5) ou la disposition horizontale des barres 44, 45 (figure 6). De plus, les extrémités des poutres 50 sont mises en forme de manière à diminuer la distance d'isolement D1 entre la poutre et une paroi 55 de l'enveloppe dans laquelle est monté le bloc et/ou la distance d'isolement D2 entre deux poutres adjacentes (figures 2 et 6). Dans la forme d'exécution des figures 2, 6 et 7, les extrémités des poutres sont taillées en biseau à 450 sur deux pans 56, 57, elles peuvent également être biseautées à 450 sur un seul pan 58 (figure 8) ou peuvent présenter une surface arrondie 59 (figure 9). Revendications de brevet 1. Bloc de montage d'au moins un composant semiconducteur de puissance sur un dissipateur thermique unilatéral, le composant semi-conducteur étant pressé sur le dissipateur par un dispositif de serrage qui prend appui, d'une part, sur le dissipateur et, d'autre part, sur le composant semi-conducteur, le bloc comprenant un support en matériau isolant muni de moyens de fixation sur le dissipateur, caractérisé en ce que le support isolant est un cadre (10) comportant au moins une fenêtre traversante (13, 14) prévue pour loger le composant semi-conducteur (15, 16), un conducteur de puissance (20), prévu pour le raccordement électrique d'une face du composant semi-conducteur, étant inséré entre le dispositif de serrage (17, 18) et le composant, et étant maintenu dans le cadre par des moyens de retenue (28, 30, 35, 40) évitant la transmission au composant semiconducteur de tout effort exercé sur une connexion (21) associée au conducteur. 2. Bloc de montage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une pluralité de cadres sont montés par emboîtement, vissage, sertissage ou rivetage au niveau de l'emboîtement pour constituer un ensemble rigide auto-porteur. 3. Bloc selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le cadre (10) est moulé et une partie des moyens de retenue (28, 30, 39, 40) vient de moulage. 4. Bloc selon la revendication 3, dans lequel le conducteur de puissance est une barre, caractérisé en ce que les moyens de retenue comprennent des nervures de butée (39-42) disposées selon l'axe de la barre. 5. Bloc selon la revendication 3 ou 4, dans lequel le conducteur de puissance est une barre, caractérisé en ce que les moyens de retenue comprennent au moins un téton (28, 30) susceptible d'être engagé dans un orifice de la barre. 6. Bloc selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de retenue sont prévus pour permettre le montage du conducteur de puissance g20) selon l'une ou l'autre de deux directions perpendiculaires. 7. Bloc selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les moyens de retenue comprennent une pièce (35) immobilisée dans le cadre (10) et taraudée en (37) pour recevoir une vis (38) de fixation de la connexion (21) à la barre conductrice (20). 8. Bloc selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que plusieurs composants semi-conducteurs (15, 16) sont montés sur le même dissipateur thermique (12) et chaque dispositif de serrage (17, 18) comprend une bride à poutre (50) dont les extrémités sont assujetties à des vis de serrage (51) ancrées contre ou dans le dissipateur et dont la partie centrale est appliquée sur un ressort (54) lui-même en appui sur la barre conductrice, les poutres (50) étant disposées en biais par rapport à l'axe de la barre (20). 9. Bloc selon la revendication 8, caractérisé en ce que les extrémités des poutres (50) présentent au moins un pan coupé servant à accroître leur distance d'isolement par rapport à une paroi métallique voisine ou à une poutre (50) adjacente. 10. Bloc selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que les extrémités des poutres (50) présentent une surface arrondie servant à accroître leur distance d'isolement par rapport à une paroi métallique voisine ou à une poutre (50) adjacente. 11. Bloc selon l'une des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que la barre conductrice (20) est conçue de manière à présenter une aptitude à la flexion autorisant, par rapport à un premier point d'appui sur le cadre (10), une auto-adaptation à différentes hauteurs de composants semi-conducteurs (15, 16).