Brevet FR2703829A1 — publié le 19941014

ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION Domaine de l'invention Cette invention concerne une structure de contact conductive pour deux conducteurs, dans laquelle une partie plane d'une plaque formant électrode, ayant une surface relativement grande et sur laquelle des élé- ments à semi-conducteurs de type boîtier plat par exemple sont montés fixes, est amenée en contact, sous pression, avec la partie plane d'un conducteur qui sert également d'élément de refroidissement, de manière qu'une liaison conductive soit établie entre la plaque formant électrode et le conducteur, structure dans laquelle la conductivité électrique et la conductivité thermique et plus exacte- ment le transfert de chaleur par rayonnement de l'aire de contact par pression sont ameliorés. Rappel de la technique connue s'y rapportant On décrira ci-après une structure de contact conductive conventionnelle pour deux conducteurs en réfé- rence à la figure 5, qui est une vue de côté, structure qui a été proposée par le demandeur de la présente (dans la demande de brevet japonais (OPI) No 230670/1990 (l'abréviation "OPI" utilisée ici signifie "demande non examinée"") Sur la figure 5, la référence 50 désigne une ailette de refroidissement; 54 désigne une électrode su- périeure; 55 une électrode inférieure; 56 un élément à semi-conducteurs qui est monté avec établissement d'une liaison conductive sur l'électrode inférieure 55; et 57 un fil de connexion entre l'électrode supérieure 54 et l'élément à semi-conducteurs 56 L'ailette de refroidis- sement 50 est l'un des deux conducteurs et l'électrode inférieure 55 est l'autre Les deux conducteurs sont ame- nés en contact entre eux sous l'effet d'une force de pression F Plus particulièrement, pendant cette opéra- tion, l'électrode inférieure 55 est déformée de manière que sa partie centrale vienne en contact avec la surface de l'ailette de refroidissement 50 sur une largeur We qui dépasse légèrement la largeur de la face inférieure de l'électrode supérieure 54, pendant que ses deux parties latérales sont déformées élastiquement en se soulevant légèrement au-dessus de la surface de l'ailette de re- froidissement 50 Dans ce cas, afin d'assurer la conduc- tivité électrique requise et la conductivité thermique ou plus exactement le transfert de chaleur par rayonnement requis de la surface de contact par pression au moyen d'une force F relativement petite, la méthode suivante est employée Une pluralité de rainures sont formées dans la face inférieure de l'électrode inférieure 55, dans la zone correspondant à la largeur Wo, de manière que les rainures soient perpendiculaires au plan du dessin et pa- rallèles entre elles Une substance isolante 9 semblable à de la graisse et ayant une haute conductivité ther- mique, est appliquée entre la face inférieure de l'élec- trode inférieure 55 et la face supérieure de l'ailette de refroidissement 50 Au lieu de la méthode consistant à former les rainures 53 au milieu de la face inférieure de l'électrode inférieure 55, il est possible aussi d'appli- quer les méthodes suivantes L'une de ces méthodes alter- natives consiste à ajuster la rugosité superficielle de la face inférieure de l'électrode inférieure à environ 10 100 ttm Une autre méthode alternative consiste à em- ployer les deux méthodes qui viennent d'être décrites en combinaison, c'est-à-dire à former des rainures au milieu de la face inférieure de l'électrode inférieure et à ajuster la rugosité superficielle de la face inférieure de l'électrode inférieure entre les valeurs indiquées. La structure de contact conductive convention- nelle, illustrée par la figure 5, pose les difficultés suivantes: 1) l'usinage de l'électrode inférieure pour former les rainures 53 est relativement compliqué et de- mande beaucoup de temps et de travail; 2) la conduction électrique obtenue est relativement peu fiable Autrement dit, pour supprimer le problème posé par une conduction électrique peu fiable, il est nécessaire d'accroître dans une certaine mesure la force de pression. SOMMAIRE DE L'INVENTION L'un des buts de l'invention est donc d'élimi- ner les difficultés décrites ci-dessus d'une structure de contact conductive conventionnelle pour deux conducteurs. Plus particulièrement, l'un des buts de l'invention est de procurer une telle structure, dans laquelle des sur- faces planes de deux conducteurs sont amenées sous pres- sion en contact l'une avec l'autre pour établir une liai- son conductive entre les deux conducteurs, dans laquelle la conductivité électrique et la conductivité thermique de la surface de contact par pression soient améliorées, tout en appliquant une force de pression relativement pe- tite. Pour atteindre cet objectif, l'invention ap- porte une structure de contact conductive pour deux conducteurs, dans laquelle une partie plane d'un premier conducteur et une partie plane d'un second conducteur sont amenées sous pression en contact l'une avec l'autre, de manière qu'une liaison conductive soit établie entre le premier et le second conducteur, structure dans la- quelle, selon l'invention, l'une des parties planes des premier et second conducteurs est divisée en une plura- lité de régions par des rainures, de manière que des ré- gions auxquelles est appliquée une substance électrique- ment isolante, semblable à de la graisse et de haute conductivité thermique, soient voisines, avec interposi- tion des rainures, aux régions restantes, auxquelles la substance isolante n'est pas appliquée. De plus, dans la structure de contact selon l'invention, le premier conducteur est une plaque formant électrode, portant sur un côté des éléments à semi- conducteurs plats, qui sont fixés de manière conductive à cette plaque, et dont l'autre côté présente les rainures, et le second conducteur est un conducteur qui sert aussi d'élément de refroidissement Selon encore une autre caractéristique, dans la structure de contact selon l'invention, les régions aux- quelles la substance isolante n'est pas appliquée, cor- respondent aux zones actives d'application d'une force de pression destinée à établir un contact par pression. Conformément à l'invention, par application d'une force de pression relativement petite, les régions de la structure de contact auxquelles est appliquée la substance isolante, assurent la conduction thermique ou plus exactement le transfert de chaleur par rayonnement, tandis que la conduction électrique est assurée par la région ou les régions auxquelles la substance isolante n'est pas appliquée La substance en question est empê- chée par les rainures de se déplacer d'une région sur la- quelle elle a été appliquée à une région sur laquelle elle n'a pas été appliquée, les rainures formant les sé- parations entre ces deux types de régions. De plus, conformément à l'invention, les ré- gions de la structure de contact auxquelles la substance isolante n'est pas appliquée, correspondent aux zones ac- tives d'application de la force de pression, avec le ré- sultat qu'un excellent contact par pression est obtenu. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue de côté d'une struc- ture de contact conductive pour deux conducteurs selon un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est une vue de dessus de la structure selon la figure 1; la figure 3 est une vue de côté d'une struc- ture de contact conductive pour deux conducteurs selon un second mode de réalisation de l'invention; la figure 4 est une vue de dessous de la structure selon la figure 3; la figure 5 est une vue de côté d'une struc- ture de contact conductive conventionnelle pour deux conducteurs (décrite dans ce qui précède); la figure 6 est une vue de côté d'une structure de contact conductive pour deux conducteurs selon un troisième mode de réalisation de l'invention; et les figures 7 (a) à 7 (f) montrent des exemples de rainures formés dans une électrode selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLÉE DES MODES DE REALISATION PREFERES. Une structure de contact conductive pour deux conducteurs, constituant un premier mode de réalisation de l'invention, sera ci-après décrite en référence aux figures 1 et 2. Sur les figures 1 et 2, la référence 1 désigne une électrode inférieure, constituant un premier conduc- teur, dans laquelle sont formés des passages de circula- tion d'eau la Cela veut dire que l'électrode inférieure 1 peut être appelée un "élément de refroidissement" La référence 2 désigne une électrode de largeur relativement grande, constituant un deuxième conducteur, tandis que 3 désigne une électrode relativement étroite L'électrode 2 présente dans sa face inférieure deux rainures 2 a de forme en U, qui s'étendent perpendiculairement au plan du dessin Une substance isolante 9 semblable à de la graisse et de haute conductivité thermique, est appliquée à la face inférieure de l'électrode 2, sauf dans la ré- gion centrale située entre les deux rainures 2 a en U La substance isolante 9 est donc appliquée aux régions si- tuées à droite et à gauche des deux côtés de la région centrale Une force de pression F est exercée par l'in- termédiaire d'un conducteur supérieur 8 sur l'électrode 3, dont la face inférieure est fixée par l'intermédiaire d'une plaque isolante 4 à la face supérieure de l'élec- trode 2 Des éléments à semi-conducteurs 5 sont fixés de manière conductive à la face supérieure de l'électrode 2.5 Les éléments à semi- conducteurs 5, ainsi fixés, sont re- liés par des fils de connexion 6 à l'électrode 3 Un boî- tier 7, indiqué en trait discontinu, reçoit les électrodes 2 et 3, les éléments à semi-conducteurs 5 et les fils de connexion 6 Plus précisément, les électrodes 2 et 3, les éléments à semi-conducteurs 5 et les fils de connexion 6 sont protégés à l'intérieur du boîtier 7 par une matière de remplissage. Pendant l'application de la pression, l'élec- trode 2 est déformée de manière que, d'une part, sa ré- gion centrale, définie entre les deux rainures 2 a, vienne en contact avec la surface du conducteur inférieur 1, le- quel sert également d'élément de refroidissement, et que, d'autre part, ses régions de droite et de gauche, des deux côtés de la région centrale, soient déformées élas-20 tiquement de telle sorte qu'elles se soulèvent légèrement au-dessus de la surface du conducteur inférieur 1, défi- nissant ainsi des interstices entre elles-mêmes et ce conducteur inférieur Il s'ensuit que la substance iso- lante 9, appliquée au conducteur inférieur 1, vient rem- plir lesdits interstices La substance isolante 9 est, par exemple, la graisse de silicone K 5609 capable de rayonner la chaleur, fabriquée par Sinetsu Kagaku Kogyo, Inc Sa caractéristique est maintenue inchangée pratique- ment de façon permanente, même à des températures éle- vées, autour de 200 'C, ou à des températures basses, au- tour de -550 C La rigidité diélectrique de cette graisse est de 1,23 k V/O,l mm. Donc, en appliquant une force de pression rela- tivement petite, les régions droite et gauche de l'élec- trode 2, auxquelles a été appliquée la matière isolante 9, assurent la conduction thermique ou, plus exactement, le transfert de chaleur par rayonnement, tandis que la région centrale de l'électrode 2, à laquelle n'a pas été appliquée de la substance isolante, assure la conduction électrique Il est à noter à cet égard que la substance isolante 9, appliquée aux régions droite et gauche de l'électrode 2, c'est-à-dire aux deux extrémités de l'une des parties planes des deux conducteurs, est empêchée de se déplacer vers la région centrale par les rainures 2 a formées entre la région centrale et les régions latérales (gauche et droite) Chacune des rainures 2 a possède une forme en U en section, avec une largeur de 1 mm et une profondeur de 0,5 mm Elles pourraient cependant avoir aussi une forme semi-circulaire ou en V en section. La structure de contact réalisée comme il vient d'être décrit, possède les effets ou avantages suivants. La conductivité électrique et la conductivité thermique sont améliorées et les éléments à semi-conducteurs 5, fixés de manière conductive à l'électrode 2, sont dotés d'une qualité et de performances supérieures Même si la substance isolante 9, en s'étalant sur les surfaces de contact, atteint des endroits devant être isolés électri- quement, elle n'y provoquera aucune perturbation Comme la région centrale de l'électrode 2, exempte de substance isolante 9, correspond à la zone active d'application de la force de pression F, le contact par pression est convenablement assuré, ce qui se traduit par une amélio- ration de la conductivité électrique. On décrira maintenant un second mode de réali- sation de l'invention en référence aux figures 3 et 4. Deux paires de rainures 12 sont formées dans ce cas dans la région droite et la région gauche respectivement de la face inférieure d'une électrode 11, rainures qui s'éten- dent perpendiculairement au plan du dessin Deux élec- trodes saillantes 13 sont fixées par l'intermédiaire de plaques isolantes 14 à la face supérieure de l'électrode 11 à deux emplacements qui correspondent respectivement à l'emplacement de la paire de rainures 12 du côté droit et à celui de la paire de rainures 12 du côté gauche Une force de pression (non représentée) est appliquée aux électrodes 13 (voir la figure 1) Un boîtier 15, indiqué en trait discontinu, contient les électrodes 11 et 13, des éléments à semi-conducteurs (non représentés) et des fils de connexion (non représentés) Plus précisément, les électrodes 11 et 13, les éléments à semi-conducteurs et les fils de connexion sont protégés par une matière de remplissage à l'intérieur du boîtier Parmi les régions définies par les rainures 12, celles désignées par A re- çoivent une application de substance isolante 9 pour as- surer la conduction thermique, c'est-à-dire le transfert de chaleur par rayonnement Les régions restantes, dési- gnées par B, ne reçoivent pas d'application de substance isolante 9 et doivent assurer la conduction électrique. Les rainures 12 sont les mêmes que celles désignées par 2 a dans le premier mode de réalisation. Dans les modes de réalisation ci-dessus, au moins deux rainures sont formées dans l'électrode. Toutefois, comme représenté sur la figure 6, une unique rainure 2 a peut être formée dans l'électrode 2 afin d'empêcher la substance isolante 9 appliquée à la région droite d'être déplacée dans la région gauche de l'électrode 2. Les figures 7 (a) à 7 (f) montrent des exemples de configurations de la rainure 2 a Sur les figures 7 (a) à 7 (d), une seule rainure 2 a est formée dans l'électrode 2, tandis que, sur les figures 7 (e) et 7 (f), plusieurs rainures sont formées dans l'électrode 2 Toutefois, les deux cas donnent les mêmes effets De plus, la rainure peut être rectiligne ou incurvée. Ainsi qu'il a été décrit précédemment, dans la structure de contact conductive selon l'invention, par l'application d'une force de pression relativement pe- tite, la conduction thermique, plus exactement le trans- fert de chaleur par rayonnement, est assurée par les ré- gions auxquelles est appliquée la matière isolante, tan- dis que la conduction électrique est assurée par la ré- gion ou les régions n'ayant pas reçu une telle substance. De plus, la substance électriquement isolante est empê- chée de se déplacer d'une région à laquelle elle a été appliquée à une région à laquelle elle n'a pas été appli- quée par les rainures formées entre ces régions Par conséquent, tout en appliquant une force de pression re- lativement petite, la conductivité électrique et la conductivité thermique sont améliorées et il en va de même pour la qualité et les performances des parties de circuit ou des éléments montés sur les deux conducteurs. Même si la substance isolante, en s'étalant sur les sur- faces de contact, atteint des endroits devant être isolés électriquement, elle n'y provoque aucune perturbation. De plus, dans la structure de contact selon l'invention, le premier conducteur est une plaque formant électrode, ayant une surface relativement grande, et le second conducteur est un conducteur qui sert également d'élément de refroidissement Il s'ensuit que l'aire disponible dans la structure pour la conduction électrique et la conduction thermique est grande, ce qui permet de convenablement assurer ou d'améliorer la qualité et les performances des éléments à semi- conducteurs, de type boîtier plat, montés de manière conductive sur la plaque formant électrode. En outre, dans la structure de contact selon l'invention, les régions auxquelles n'est pas appliquée de la substance isolante, correspondent aux zones actives d'application de la force de pression, avec le résultat qu'un contact par pression approprié est assuré et que la conductivité électrique est améliorée. L'invention n'est pas limitée aux modes de réa- lisation décrits et l'homme de l'art pourra y apporter diverses modifications, sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 Structure de contact conductive pour deux conducteurs, comprenant un premier conducteur ( 2) possé- dant au moins une partie plane, un second conducteur ( 1) possédant au moins une partie plane, les parties planes des premier et second conducteurs étant amenées sous pression en contact l'une avec l'autre, de manière qu'une liaison conductive soit établie entre elles, ainsi qu'une substance électriquement isolante ( 9), semblable à de la graisse et ayant une haute conductivité thermique, qui est appliquée à l'une des parties planes des premier et second conducteurs, caractérisée en ce qu'une des parties planes des premier ( 2) et second ( 1) conducteurs est di- visée en une première région (A) et une seconde région (B) par au moins une rainure ( 2 a; 12), la substance isolante ( 9) étant appliquée seulement à la première ré- gion (A), et aucune substance isolante semblable à de la graisse n'étant appliquée à la seconde région (B). 2 Structure selon la revendication 1, dans la- quelle le premier conducteur ( 2; 11) est une plaque for- mant électrode, sur l'un des côtés de laquelle sont fixés, de manière conductive, des éléments à semi-conduc- teurs ( 5) de type plat, et dans l'autre côté de laquelle est formée la rainure ( 2 a; 12), le second conducteur ( 1) étant constitué par un conducteur servant d'élément de refroidissement. 3 Structure selon la revendication 1, dans la- quelle la seconde région (B) correspond aux zones actives d'application d'une force de pression (F) pour établir le contact par pression. 4 Structure selon la revendication 2, dans la- quelle la seconde région (B) correspond aux zones actives d'application d'une force de pression (F) pour établir le contact par pression. Structure selon la revendication 1, dans laquelle la rainure possède une forme propre à empêcher la substance électriquement isolante ( 9) semblable à de la graisse de passer de la première à la deuxième région. 6 Structure selon la revendication 5, dans laquelle la rainure comprend une pluralité de rainures formées parallèlement entre elles. 7 Structure selon la revendication 1, dans laquelle la substance électriquement isolante ( 9) semblable à de la graisse est une graisse de silicone capable de rayonner la chaleur. 8 Structure selon la revendication 2, dans laquelle la première région est formée aux deux extrémités de l'une des parties planes des premier ( 2) et second ( 1) conducteurs.