Brevet FR2591028A1 — publié le 19870605

La presente invention concerne des dispositifs de protection thermique et, plus précisément, elle concerne un dispositif de protection thermique qui convient pour mettre des dispositifs semiconducteurs a l'abri d'élévations de temperature lentes et prolongees. Comme on le sait, il est très fréquent que les dispositifs semiconducteurs soient munis de dispositifs destinés à les protéger uniquement contre les phenomènes transitoires en entrée qui sont caractérisés par des valeurs de tension très t0 elevees, bien que de très courte durée, dans le but immédiat d'éviter les endommagements qui peuvent être produits par des surcharges, aussi brèves qu'elles puissent être, du fait de tensions plus élevées que celles que les dispositifs semiconducteurs peuvent supporter. A cette fin, on utilise certains dispositifs qui, pour la plupart, sont du type electronique, dispositifs qui, du genre MOV (Metal Oxide Varistor), du type diodes Zener, etc., se révèlent particulièrement utiles pour attenuer de telles pointes de tension et qui sont caractérisés par une intervention tres rapide. Or, dans certaines applications de circuits, il a été observe en revanche que le dispositif semiconducteur peut être soumis a des élévations de tension et/ou d'intensité dont les valeurs sont faibles, mais qui durent longtemps (même plusieurs minutes). Une perturbation de ce type peut provoquer une elevation de la température du dispositif semiconducteur jusqu'a des valeurs dépassant les limites admissibles, produisant la destruction du dispositif ou, tout au moins, l'amenant a tonctionner de manière defectueuse en raison de la derive thermique. Par consequent, il est clairement evident que, pour un tel type de perturbations, des dispositifs de protection electroniques contre les pointes de tension ou d'intensite, capables d'intervention rapide, ne representent pas la meilleure solution, car leur intervention, si elle se produit effectivement, n'a pas lieu dans les limites d'un temps qui convient pour éviter les endommagements ou un fonctionnement défectueux. La présente invention a donc pour but de combler le vide laissé par les dispositifs de protection électroniques et de réaliser, pour des dispositifs semiconducteurs, un dispositif de protection qui soit en mesure d'éviter qu'une éventuelle surcharge, caractérisée par une faible élévation de tension et/ou d'intensité, mais par une très longue durée, puisse endommager ou détruire le dispositif semiconducteur en question en conséquence d'effets thermiques. Un tel but est atteint par un dispositif de protection thermique, c'est-adire un dispositif capable de réagir a des effets thermiques, ce dispositif, du type bimétallique, comprenant, dans sa forme de réalisation de base, une enveloppe en matière plastique sous la forme d'une petite cuvette fermée & sa partie supérieure par un petit disque bimétallique, des moyens pour encliqueter cette petite cuvette sur le dispositif semiconducteur de telle manière que le petit disque bimetallique soit en rapport d'échange thermique direct avec celui-ci, et des contacts électriques connectés à des bornes électriques associées a un circuit d'entrée du dispositif semiconducteur et/ou a un circuit d'alarme et capables de passer, sous l'action de l'inversion de courbure du disque bimétallique, d'une position de fonctionnement dans laquelle l'alimentation électrique du dispositif semiconducteur est en circuit et/ou le dispositif d'alarme est hors circuit, dans une position hors service dans laquelle l'alimentation électrique du dispositif semiconducteur est hors circuit ou modifiée et/ou le dispositif d'alarme est en circuit. Un tel dispositif bimetallique peut être du type a retablissement automatique ou du type a rétablissement manuel. Dans le premier cas et en presence d'une perturbation de très longue duree, le dispositif intervient cycliquement pendant toute la periode de temps dans laquelle la cause de la perturbation est présente, en rétablissant et en coupant ou modifiant l'alimentation électrique du dispositif semiconducteur ou en produisant un signal d'alarme. Dans le second cas, la présence d'un opérateur est nécessaire pour rétablir manuellement le circuit après l'intervention du dispositif bimétallique produite par l'élévation inopportune de la température résultant de modifications des valeurs de tension et/ou d'intensité. Dans un cas comme dans l'autre, si la réactivation est possible, c'est seulement parce qu'après la desactivation, le petit disque s'est suffisamment refroidi pour reprendre sa courbure initiale, mais cette réactivation est complètement indépendante de la présence ou de l'absence de la cause de la perturbation. Une forme de réalisation préférée de l'invention, qui ne permet la réactivation du circuit que quand la cause de la perturbation a effectivement disparu, prévoit l'utilisation d'une source de chaleur autonome, plus précisément d'une résistance C.T.P. remis en position initiale, automatiquement ou manuellement. D'autres details et avantages, ainsi que certaines caracteristiques de construction du dispositif de la presente invention apparaitront à la lecture de la description qui suit, en reference aux dessins ci-annexes qui représentent, à des fins d'illustration et sans aucun caractere limitatif, la forme de realisation preferee de l'invention. La fig. 1 est une vue du dispositif de protection, appliqué à un dispositif semiconducteur. La fig. 2 est une vue en coupe transversale, faite suivant la ligne I-I de la fig. 1. En se référant maintenant plus particulièrement aux figures précitées, on peut voir que le dispositif de protection en question comprend une enveloppe 10 dont la forme est telle qu'elle puisse être placée en rapport d'échange thermique avec le dispositif semiconducteur 11 qui doit être protégé et qui peut être un composant d'un genre quelconque; une puce ou similaires, éventuellement encapsulé. L'enveloppe 10 est pratiquement réalisée avec la forme d'une petite cuvette avec, dans sa partie supérieure, un retrait qui délimite un siege destiné a supporter le petit disque bimétallique préformé 12. Le fond de la petite cuvette 10 est constitué par une pastille de matière à C.T.P. 17 qui est alimentée, par deux bornes 18 et 19, en une tension et/ou en une intensité dont les valeurs dépendent directement de la cause de perturbation. Quoi qu'il en soit, on peut noter que tandis que la cause de perturbation agit, la pastille à C.T.P. 17 est alimentée élctriquement, ce qui fait qu'elle chauffe le petit disque bimétallique 12 qui ne peut donc pas reprendre sa courbure initiale. En revanche, lorsque la cause de la perturbation a disparu, la pastille 17 se refroidit et permet au petit disque bimétallique 12 de reprendre sa forme primitive. Dans la forme de réalisation préférée qui est ici représentée, il est formé, dans l'enveloppe 10, une partie arrière 13 a talon et deux chevilles a tête fendue 14 destinées a s'emboîter respectivement sur le bord et dans deux trous correspondants du dispositif de dissipation de la chaleur 15 du dispositif semiconducteur 11 qui doit être protégé. Sur la fig. 1, on peut observer que quand le dispositif de protection est assemble, le petit disque bimetallique 12 repose a plat sur le dispositif de dissipation de la chaleur 15, d'ou il resulte que le disque prend la temperature de ce dernier. Bien que l'assemblage par encliquetage, realise au moyen de la partie a talon 13 et les chevilles 14 soit prefere, il est bien entendu qu'il peut être également réalisé de manière différente, par exemple au moyen de vis, de crochets d'encliquetage, de crochets sans encliquetage ou similaires. Le principe sur lequel la présente invention est basée consiste a mettre à profit, pour actionner directement ou indirectement des contacts électriques, le mouvement effectue par le petit disque bimétallique 12 lorsque celui-ci, chauffé par le dispositif de dissipation de la chaleur 15 et par la résistance C.T.P. 17 de manière indépendante, atteint la temperature d'inversion de courbure. Par les termes "actionner directement ou indirectement", on entend que le petit disque bimétallique peut être intercalé directement dans le circuit qui doit être ouvert ou dans un circuit d'alarme, mais aussi que ce petit disque peut être complètement extérieur et indépendant de ces circuits. Dans ce dernier cas, il agit indirectement sur les contacts concernés. A titre d'exemple d'illustration, il est représenté sur les dessins un genre de forme de réalisation dans lequel deux bornes electriques A, B sont incorporées, pendant l'opération de moulage (suivant le procédé dit de surmoulage), dans le corps de l'enveloppe 10, qui peut être realise en une seule piece ou sous la forme d'un jeu de plusieurs pièces, ainsi que deux bras mobiles F,G qui portent, a leurs extrémités, des organes de contact pour établir le contact avec les bornes A,B. Le petit disque bimétallique 12 peut agir par l'intermédiaire d'un cliquet 16, qui peut être fixé aux bras mobiles F, G, pour ouvrir (ou pour fermer) les contacts avec les bornes A, B. Par exemple, le circuit d'entrée du dispositif semiconducteur a protéger et un autre circuit qui peut être un circuit d'alarme ou similaire sont associés aux bornes A, B qui sont considérees comme accouplées aux bras mobiles F, G. 6 2 591028 L'homme de l'art comprendra aisement qu'en plus de la possibilite mentionnee ci-dessus - a savoir inserer directement dans le circuit le petit disque qui, par consequent, porte directement un organe de contact de nombreuses autres combinaisons de contacts et de bras mobiles sont possibles, entrant toutes dans l'esprit et dans la portéee de la presente invention. Par exemple, une seule borne A et un seul bras mobile F pourraient être prévus pour ouvrir ou fermet un unique circuit ainsi la destruction ou le fonctionnement défectueux de celui- ci en conséquence d'effets thermiques et/ou à actionner un dispositif d'alarme ou un dispositif de signalisation. Le dispositf de protection bimetallique peut être du type a rétablissement automatique, c'est-à-dire d'un type tel que lorsque le disque bimetallique 12 se refroidit, en consequence 7 2591028 du refroidissement du dispositif de dissipation de la chaleur du a la coupure du courant a travers le dispositif semiconducteur, ainsi que du refroidissement de la pastille a C.T.P. 17, le retour à la courbure de départ remette automatiquement les contacts dans leur position originelle, retablissant ainsi l'alimentation électrique du dispositif semiconducteur qui recommence à fonctionner normalement; ou, dans d'autre cas, le dispositif de protection peut être du type a rétablissement manuel; c'est-a-dire qu'il peut être tel que le dispositif semiconducteur soit maintenu sans alimentation électrique jusqu'à ce que l'opérateur intervienne manuellement et intentionnellement pour remettre le disque ou le bras mobile F ou G (ou l'un et l'autre) dans leurs positions initiales. Le retour manuel à l'état de départ est rendu nécessaire par les normes de sécurité nationales ou internationales dans tous les cas o la remise en circuit automatique du dispositif semiconducteur peut créer des situations dangereuses, comme par exemple dans le cas d'unités ou d'outils rapides à commande électronique. Sur la fig. 1, D, C et E désignent les bornes du dispositif semiconducteur, l'ensemble complet étant monté sur la plaquette à circuit imprimé. Il est tout à fait évident maintenant que s'il n'est pas nécessaire que la possibilité de rétablissement dépende de la cause de la perturbation, la petite cuvette 10 est réalisée avec un fond d'une seule pièce et la pastille à C.T.P. 17 avec ses bornes d'entrée 18, 19 ne sont pas utilisées. Les formes de réalisation de la présente invention ont été décrites cidessus, mais il est bien entendu que l'homme de l'art peut introduire des modifications et des changements dans ces formes de realisation, sans s'écarter pour autant de l'esprit et de la portée de la présente invention. 8 2591028 REVENDICATIONS L. Dispositif de protection thermique bimétallique pour des dispositifs semiconducteurs ou similaires contre les causes de perturbations qui donnent lieu à des élévations de températures lentes et longues, ce dispositif de protection comprenant une enveloppe en matière plastique réalisée sous la forme d'une petite cuvette (10) comportant, à sa partie supérieure ouverte, un siège pour loger un petit disque bimétallique (12) et des moyens (13, 14) pour fixer cette petite cuvette sur le dispositif semiconducteur (11, 15) de telle manière que le petit disque bimétallique soit en rapport direct d'échange thermique avec ce dernier, une ou plusieurs bornes électriques (A, B), incorporées dans l'enveloppe lors de l'opération de moulage et insérées dans des circuits d'entrée du dispositif semiconducteur et/ou de dispositifs d'alarme et de signalisation; et des moyens (F, G) sur lesquels agit le petit disque bimetallique pour intervenir sur les bornes électriques de manière à interrompre ou modifier l'alimentation électrique du dispositif semiconducteur ou de manière à provoquer un signal d'alarme, la partie inférieure (17) de la petite cuvette étant faite d'une résistance en matière à C.T.P. alimentée en une tension et/ou une intensité de courant qui dépendent directement de ladite cause de perturbation. 2. Dispositif de protection thermique melon la revendication 1, caractérisé en ce que le petit disque bimétallique (12) est du type préformé à inversion de courbure brusque. 3. Dispositif de protection thermique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le petit disque bimétallique est insere dans le circuit d'entrée du dispositif à protéger et en 9 2591028 ce qu'il porte un contact avec une borne electrique, de telle maniere que l'inversion de sa courbure produise la coupure du circuit d'entree. 4a Dispositif de protection thermque selon la revendication 1 ou 2, caracterise en ce que les moyens qui interviennent sur les bornes electriques sont constitues par des bras mobiles et/ou de signalisation et d'alarme. 5. Dispositif de protection thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens pour fixer la petite cuvette sur le dispositif semiconducteur comprennent une partie arrière a talon (13) et des chevilles à tête fendue (14) qui se prêtent à un assemblage par un effet d'encliquetage avec un bord et dans des trous du dispositif de dissipation de la chaleur sur le dispositif semiconducteur 2591028 electrique du dispositif semiconducteur est en circuit et/ou le dispositif d'alarme est hors circuit, dans une position hors fonctionnement dans laquelle l'entree electrique du dispositif semiconducteur est hors: circuit ou modifiee et/ou le dispositif d'alarme est en circuit. 7. Dispositif de protection thermique selon l'une quelconque des revendications 1 a ô, caractérisé en ce que le rétablissement des contacts dans leur situation initiale se produit automatiquement. !. Dispositif de protection thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé ' en ce que le rétablissement des contacts dans leur situation initiale est effectuée manuellement.