Brevet FR2813440A1 — publié le 20020301

DISPOSITIF A SEMICONDUCTEUR POUR LA COMMANDE D'ENERGIE ELECTRIQUE La présente invention concerne un dispositif à semiconducteur pour la commande d'énergie électrique, et elle concerne plus particulièrement le dispositif à semiconducteur du genre comprenant un substrat isolant ayant sur sa face arrière un motif métallique de face arrière qui est fixé sur une plaque de base en métal par un matériau de liaison, et une paire de motifs de circuit sur sa face avant. Un Module de Puissance Intelligent (ou IPM pour "Intelligent Power Module") est connu à titre de dispositif à semiconducteur pour la commande d'énergie électrique, et il est utilisé par exemple dans une commande de traction d'une voiture électrique. On a. cependant reconnu qu'il était nécessaire d'avoir un dispositif de commande d'énergie électrique ayant une plus longue durée de vie et une fiabilité plus élevée dans des conditions sévères de chaleur ou de vibration. Les figures 4 à 7 montrent un exemple d'un tel dispositif à semiconducteur classique pour la commande d'énergie électrique. Sur les figures 4 à 6, la référence 1 désigne une plaque de base en métal de forme générale rectangulaire, consistant par exemple en un alliage cuivre-molybdène. Cette plaque de base en métal 1 a des trous de vis définis chacun dans une région de coin de la plaque, pour la fixation de la plaque de base en métal 1 sur un assemblage de radiateur à ailettes (non représenté sur les figures). La référence 2 désigne des substrats isolants fixés par soudage sur la plaque de base en métal 1. Chacun de ces substrats isolants 2 consiste en une plaque isolante 3 en nitrure d'aluminium, une paire de motifs de circuit en cuivre 4 formés sur une face avant de la plaque isolante 3 et un motif de face arrière 5 formé sur une face arrière de la plaque 3. Chaque substrat isolant 2 est fixé sur la plaque de base en métal 1 avec le motif de face arrière 5 soudé sur cette plaque. La référence 6 désigne des transistors bipolaires à grille isolée (IGBT), à titre de dispositifs à semiconducteur de commutation pour la commande d'énergie électrique, et la référence 7 désigne des diodes de roue libre (qu'on désigne ci-après par FWD), chacune étant associée en une paire avec l'IGBT 6 adjacent. Un IGBT 6 et une FWD 7 formant une paire sont soudés sur chacun des motifs de circuit 4. La référence 9 désigne une couche de soudure interposée entre la plaque de base en métal 1 et le motif de face arrière 5 du substrat isolant 2, et la référence 9a désigne une couche de soudure interposée entre chaque motif de circuit 4 et la paire associée d'un IGBT 6 et d'une FWD 7. La référence 10 désigne une paire de thermistances montées sur une zone centrale de chaque substrat isolant 2, entre les motifs de circuit 4 de la paire associée, pour détecter la température d'un tel substrat isolant 2. La référence 11 désigne un couvercle en résine ayant des trous de vis 1 1 a définis à l'intérieur en alignement avec les trous de vis respectifs dans la plaque de base en métal 1, pour la fixation de ce couvercle, conjointement à la plaque de base en métal 1, sur l'assemblage de radiateur à ailettes (non représenté). La plaque de base en métal 1 et le couvercle 11 sont assemblés ensemble pour définir un boîtier semblable à une boîte de forme générale rectangulaire, avec la plaque de base 1 remplissant la fonction d'une paroi de fond, et les substrats isolants 2, les IGBT 6 et les FWD 7 sur la plaque de base en métal 1 sont donc enfermés à l'intérieur du boîtier ainsi défini. La référence 12 désigne des bornes de circuit principal insérées dans le couvercle 11. Chacune de ces bornes de circuit principal a des extrémités extérieure et intérieure, avec l'extrémité extérieure placée à l'extérieur du boîtier et avec l'extrémité intérieure connectée au moyen de fils en aluminium 13 à l'IGBT 6 et à la FWD 7 associées. La référence 14 désigne des électrodes pour un circuit de commande, et la référence 15 désigne une plaque de couvercle pour le boîtier décrit ci-dessus. On notera que des connexions respectives entre les électrodes 14 et la carte de circuit de commande ne sont pas représentées. II faut noter que les bornes employées dans le dispositif de commande d'énergie électrique illustré, et qui sont désignées de façon générale par la référence 12, comme décrit ci-dessus, sont nombreuses mais ont différents attributs fonctionnels. Ainsi, les bornes 12 ont des suffixes respectifs (P), (N), (U), (V) et (W) qui leur sont annexés, pour montrer que les bornes 12(P) et 12(N) constituent respectivement des bornes d'entrée positive et négative, et les bornes 12(U), 12(V) et 12(W) constituent des bornes de sortie triphasées respectives, c'est-à-dire respectivement des bornes de sortie de phase U, de phase V et de phase W. De plus, des symboles (U), (V) et (W) adjoints à la référence 2 désignant chacun des substrats isolants 2 en général, sont destinés à montrer que les substrats isolés 2(U), 2(V) et 2(W) sont ceux respectivement associés à des circuits de commutation triphasés comprenant chacun l'IGBT 6 correspondant et la FWD 7 connectée en parallèle, mais avec une orientation inverse par rapport à cet IGBT 6. Des symboles (H) et (L) adjoints à la référence 4 utilisée pour identifier de façon générale chaque motif de circuit, désignent deux dispositifs de commutation respectifs dans chaque circuit de commutation, respectivement du côté de la tension supérieure et du côté de la tension inférieure. La figure 7 montre un schéma de circuit d'un circuit onduleur principal inclus dans le dispositif à semiconducteur pour la commande d'énergie électrique représenté sur les figures 4 à 6. Même dans le schéma de circuit de la figure 7, on utilise des symboles P, N, U, V et W similaires qui correspondent respectivement à 12(P), 12(N), 12(U), 12(V) et 12(W). De façon similaire, des symboles 2(U), 2(V), 2(W), 4(H) et 4(L) utilisés sur la figure 7 correspondent aux symboles respectifs 2(U), 2(V), 2(W), 4(H) et 4(L) utilisés sur les figures 4 à 6. On va maintenant décrire la disposition des IGBT 6 et des FWD 7 sur les substrats isolants 2, montés sur la plaque de base en métal 1. Sur les figures 4 à 6, les trois substrats isolants 2 sont disposés sur la plaque de base en métal 1 en alignement mutuel et sont espacés les uns des autres d'une distance prédéterminée. Chaque substrat 2 est soudé sur la plaque de base en métal 1 par l'intermédiaire du motif de face arrière, sur la face arrière du substrat. La couche de soudure 9 est formée entre la plaque de base en métal 1 et le motif de face arrière sur chaque substrat 2. Chaque paire de motifs de circuit 4 sur la face avant du substrat isolant 2 est placée au-dessus du motif de face arrière 5 avec inter- position de la plaque isolante 3 associée. Chaque motif de circuit 4 a une configuration de forme générale en L s'étendant en partie le long des quatre côtés de la plaque isolante 3 correspondante, et en partie le long d'un autre des quatre côtés de celle- ci qui est en continuité avec le côté précité parmi les quatre côtés de la plaque isolante 3 correspondante, et s'étend perpendiculairement à celui- ci. Deux motifs de circuit en forme de L, 4, sur la plaque isolante 3 respective sont disposés dans une relation mutuelle de symétrie centrale. Dans chaque motif de circuit 4, l'IGBT 6 est placé près du coin, la FWD 7 est placée à côté de l'IGBT 6 le long d'une côté, et une région de motif d'électrode 4a est disposée le long d'un autre côté de la plaque isolante 3. Ainsi, l'IGBT 6 et les régions de motif d'électrode 4a sont placés en alternance sur la plaque de base en métal 1, de façon que les extrémités intérieures des bornes de circuit principal 12 s'étendant à l'intérieur du boîtier soient connectées avec la plus courte distance à l'IGBT 6 et aux régions de motif d'électrode 4a. Une paire de thermistances 10 pour détecter la température du substrat isolant 2 sont disposées entre les deux motifs de circuit 4 à un emplacement situé de façon générale en alignement avec le centre du substrat isolant 2. On décrira ci-après le fonctionnement du dispositif. Pendant qu'un courant circule dans le circuit principal, l'IGBT 6 effectue une action de commutation répétée, et l'IGBT 6 et la FWD 7 produisent de la chaleur qui est ensuite transférée à la plaque de base en métal 1 à travers la couche de soudure 9a, le motif de circuit 4, l'isolant 3, le motif de face arrière 5 et la couche de soudure 9. La chaleur transmise à la plaque de base en métal 1 est diffusée vers l'assemblage de radiateur à ailettes (non représenté) qui est fixé à la plaque de base en métal 1. Pendant le transfert de chaleur, la couche de soudure 9 qui est utilisée pour connecter le motif de face arrière 5 à la plaque de base en métal 1 est affectée par une contrainte thermique complexe. La contrainte thermique est occasionnée par diverses raisons : une différence de coefficient de dilatation thermique entre la plaque de base en métal 1 et la plaque isolante 3, qui est combinée avec le motif de face arrière 5; un gradient de température entre la plaque de base en métal 1 et le motif de face arrière 5; et une variation spatiale du gradient de température occa- sionnée par une distribution de température dans l'électrode de face arrière 5, dans laquelle une partie proche de l'IGBT 6 générant une chaleur considérable, a une température plus élevée que d'autres parties. Le dispositif à semiconducteur classique ayant la structure envisagée ci-dessus a de nombreux problèmes qui sont les suivants. Premièrement, de petites fissures peuvent apparaître dans la couche de soudure 9 sous l'effet de cycles thermiques qui se produisent inévitablement lorsque le dispositif est placé dans un compartiment de moteur, ou qui sont générés par une opération de démarrage et d'arrêt de l'IGBT 6. Les petites fissures commencent généralement à des coins du motif de face arrière 5. Aux coins du motif 5, une distance par rapport au centre du motif de face arrière 5, et donc une valeur de dilatation ou de contraction sous l'effet de la chaleur, sont maximales. De plus, des contraintes sont susceptibles de se concentrer aux coins. Les fissures produites s'étendent vers le centre du motif de face arrière 5. Lorsque les fissures dans la couche de soudure 9 arrivent au-dessous d'une partie du motif de face arrière 5 située sous l'IGBT 6, une aptitude à la dissipation de chaleur de cette partie est réduite. Ceci peut conduire à une destruction thermique de l'IGBT 6. Secondement, l'IGBT 6 placé près du coin du motif de face arrière 5 peut subir un échauffement extrêmement élevé sous l'influence des petites fissures qui se sont développées à partir des coins du motif de face arrière. Bien que les thermistances 10 soient montées dans la zone centrale du substrat isolant 2 pour détecter la température du substrat 2, les thermistances 10 sont placées trop loin du point d'échauffement pour détecter la chaleur de façon exacte. Ceci rend difficile l'appréciation de la durée de vie du dispositif. Un but de la présente invention est donc de procurer un dispositif à semiconducteur pour la commande d'énergie électrique qui soit moins susceptible de donner lieu à la formation de petites fissures dans une couche de soudure entre une plaque de base en métal et un motif de face arrière d'un substrat isolant, et soit capable de prolonger la durée de vie et puisse être assemblé avec un faible encombrement. Un autre but de la présente invention est de procurer un dispositif à semiconducteur pour la commande d'énergie électrique qui ait une aptitude élevée à la détection d'un échauffement excessif d'un dispositif à semiconducteur de commutation monté sur un substrat isolant, et soit capable de prédire avec une grande exactitude la durée de vie du dispositif. Conformément à un premier aspect de la présente invention, un dispositif à semiconducteur pour la commande d'énergie électrique comprend (a) une plaque de base en métal; et (b) au moins un substrat isolant comprenant (1) une plaque isolante, (2) un motif de face arrière sur une face arrière de la plaque isolante, le motif de face arrière étant fixé sur la plaque de base en métal, et (3) deux motifs de circuit placés sur une face avant de la plaque isolante et au-dessus du motif de face arrière, chacun des motifs de circuit comprenant un élément de commutation à semiconducteur pour la commande d'énergie électrique, une diode de roue libre associée en une paire avec l'élément de commutation, et une zone d'électrode. Chacun des motifs de circuit a une forme qui est de façon générale similaire à la forme d'une lettre "L", et il s'étend le long de deux côtés de la plaque isolante qui sont en continuité mutuelle et s'étendent perpendiculairement l'un à l'autre. Les deux motifs de circuit sont disposés à des coins opposés de la plaque isolante, dans une relation mutuelle de symétrie centrale. L'élément de commutation est intercalé entre la diode de roue libre et la zone d'électrode dans chacun des motifs de circuit. L'élément de commutation générant une chaleur considérable est placé à distance des coins du motif de face arrière. Par conséquent, le dispositif à semiconducteur de la présente invention présente une excellente résistance contre les fissures dans un matériau de liaison entre le motif de face arrière et le plaque de base en métal, qui se produisent aux coins du motif de face arrière sous l'effet de cycles thermiques occasionnés par exemple par une opération de démarrage et d'arrêt de la commutation. Conformément à un second aspect de la présente invention, le dispositif à semiconducteur a une électrode auxiliaire qui est connectée à la zone d'électrode. La largeur de la zone d'électrode peut être réduite en augmentant l'épaisseur de l'électrode auxiliaire. II en résulte une réduction de la taille de chaque élément comprenant le substrat isolant et la plaque de base en métal. On peut donc obtenir un dispositif à semiconducteur ayant une fiabilité élevée et un encombrement réduit. Conformément à un troisième aspect de la présente invention, les deux éléments de commutation et les deux diodes de roue libre sont disposés en un motif en damier et sont intercalés entre les deux électrodes auxiliaires placées le long de côté opposés de la plaque isolante. Par conséquent, les éléments de commutation et les diodes de roue libre, qui produisent de la chaleur, peuvent être espacés de tous les coins du motif de face arrière, sans la nécessité d'augmenter la taille du substrat isolant. On peut donc obtenir un dispositif à semiconducteur qui a une petite taille, un faible encombrement et qui présente néanmoins une excellente résistance aux fissures dans le matériau de liaison sous l'effet des cycles thermiques occasionnés par exemple par l'opération de démarrage et d'arrêt de l'élément de commutation. Conformément à un quatrième aspect de la présente invention, la plaque isolante est en céramique; le motif de face arrière et les motifs de circuit consistent en cuivre ou en aluminium; la plaque de base en métal est constituée par du cuivre ou de l'aluminium; et le motif de face arrière est fixé sur la plaque de base en métal par de la soudure. Ceci donne un dispositif à semiconducteur ayant une excellente caractéristique de refroidissement et capable d'être fabriqué à un faible coût. Conformément au cinquième aspect de l'invention, l'élément de commutation a une forme rectangulaire ayant des côtés d'une longueur supérieure à 14 mm et il peut être logé dans une étendue de 25 mm de rayon sur une face avant du substrat isolant. On peut donc obtenir un dispositif à semiconducteur ayant une grande capacité et une longue durée de vie. Conformément au sixième aspect de l'invention, le dispositif à semiconducteur comporte un capteur de température placé sur le dispositif de commutation, à un coin du motif de face arrière ou près de celui-ci. Le capteur de température peut détecter un échauffement excessif de l'élément de commutation avant que l'élément soit détruit par la chaleur. Par conséquent, la durée de vie du dispositif à semiconducteur peut être prédite avec exactitude. Ceci augmente la fiabilité du dispositif à semiconducteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La suite de la description se réfère aux dessins annexés dans lesquels des composants semblables sont désignés par des références numériques semblables, et dans lesquels La figure 1 est une vue en plan d'un mode de réalisation d'un dispositif à semiconducteur pour la commande d'énergie électrique conforme à la présente invention; La figure 2 est une coupe selon la ligne A-A du dispositif à semiconducteur de la figure 1 ; La figure 3 est une vue par l'arrière du substrat isolant utilisé dans le dispositif à semiconducteur de la figure 1 ; La figure 4 est une vue en plan du dispositif à semiconducteur classique pour la commande d'énergie électrique; La figure 5 est une coupe selon la ligne B-B du dispositif à semiconducteur de la figure 4; La figure 6 est une vue en plan d'un substrat isolant du dispositif à semiconducteur de la figure 5; et La figure 7 est un schéma de circuit d'un circuit principal qui est inclus en commun dans le dispositif à semiconducteur des figures 1 à 4. Un mode de réalisation d'un dispositif à semiconducteur pour la commande d'énergie électrique conforme à la présente invention est représenté sur les figures 1 à 3 et 7. Sur ces figures, des références numériques semblables désignent des éléments identiques ou correspondants. La référence 1 désigne une plaque de base en métal qui consiste en cuivre et qui comporte des trous de vis définis à ses quatre coins pour la fixation du dispositif à semiconducteur sur un assemblage de radiateur à ailettes (non représenté). La référence 2 désigne un substrat isolant fixé par soudage sur la plaque de base en métal 1. Le substrat isolant 2 comprend une plaque isolante 3 consistant en céramique, par exemple en nitrure d'aluminium, une paire de motifs de circuit en cuivre 4 formés sur une face avant de la plaque isolante 3 et un motif de face arrière 5 consistant en une pellicule de cuivre et formé sur une face arrière de la plaque 3. Le motif de face arrière 5 est soudé sur la plaque de base en métal 1. La référence 6 désigne des transistors à effet de champ à grille isolée, ou IGBT, à titre de dispositifs de commutation à semiconducteur pour la commande d'énergie électrique. Chaque IGBT 6 comprend un thermo- capteur (non représenté) qui lui est intégré, ce capteur ayant des électrodes de capteur désignées de façon générale par la référence 6a. Le thermo-capteur est utilisé pour détecter la température de l'IGBT 6 lui- même, au moyen d'une diode ayant une caractéristique de température négative pour la résistance en sens direct. La référence 7 désigne des diodes de roue libre, ou FWD, chacune d'elles étant associée en une paire avec l'IGBT 6 correspondant. Un IGBT 6 et une FWD 7 formant une paire sont soudés sur chacun des motifs de circuit 4. La référence 9 désigne une couche de soudure assurant la connexion entre la plaque de base en métal 1 et le motif de face arrière 5 du substrat isolant 2, et la référence 9a désigne une couche de soudure assurant la connexion entre le motif de circuit 4 et un groupe formé par l'IGBT 6, la FWD 7 et une électrode auxiliaire 8. Comme dans le cas du dispositif à semiconducteur classique représenté et décrit en relation avec les figures 4 à 6, le dispositif à semiconducteur de ce mode de réalisation comporte un couvercle en résine (non représenté). La plaque de base en métal 1 et le couvercle 11 sont assemblés ensemble pour définir un boîtier dans lequel la plaque de base 1 constitue une paroi de fond, et le substrat isolant 2, l'IGBT 6 et la FWD 7 sur la plaque de base en métal 1 sont donc enfermés dans le boîtier ainsi défini. Une telle structure est pratiquement similaire à celle du dispositif à semiconducteur classique, et par conséquent on ne donnera pas à nouveau des détails supplémentaires, pour abréger. La référence 12 désigne des bornes de circuit principal introduites dans le couvercle (non représenté), avec une extrémité accessible à l'extérieur pour la connexion à un circuit externe. Sur la figure 1, on utilise les mêmes symboles que ceux utilisés sur les figures 4 à 6 en relation avec les bornes 12 et les substrats isolants 2, pour désigner les mêmes attributs fonctionnels. Le circuit principal employé dans le dispositif à semiconducteur mettant en oeuvre la présente invention est identique à celui représenté sur la figure 7. L'IGBT 7, la FWD 7 et l'électrode auxiliaire 8 sur le substrat isolant 2 sont disposés d'une manière qu'on va maintenant décrire. Comme représenté sur la figure 1, trois substrats isolants 2 sont disposés en alignement mutuel et sont espacés les uns des autres d'une distance prédéterminée. Chaque substrat 2 est soudé sur la plaque de base en métal 1 par l'intermédiaire du motif de face arrière 5 sur la face arrière du substrat 2. La figure 3 est une vue en plan de chaque substrat isolant 2, vu du côté du motif de face arrière 5. Une paire de motifs de circuit 4 et la position à laquelle les IGBT 6 associés sont soudés sont représentés par des lignes en pointillés, cette position étant la position du motif de circuit 4 à laquelle il y a la plus grande génération de chaleur. Comme le montrent clairement les figures 2 et 3, les deux motifs de circuit 4 sont formés sur la surface du substrat isolant 2 de façon que les motifs 4 puissent occuper des positions respectives au-dessus du motif de face arrière 5 de l'autre côté de la plaque isolante 3 correspondante. Chaque motif de circuit 4 a une configuration générale en forme de L s'étendant en partie le long de l'un de quatre côtés de la plaque isolante 3 correspondante, et en partie le long d'un autre de ses quatre côtés, qui est en continuité à partir du côté précité parmi les quatre côtés de la plaque isolante 3 correspondante, et s'étend perpendiculairement à celui-ci. L'électrode auxiliaire 8 est disposée le long d'un côté de la plaque isolante, et l'électrode auxiliaire 8, l'IGBT 6 et la FWD 7 sont disposés le long d'un autre côté de la plaque isolante 3. L'électrode auxiliaire 8, l'IGBT 6 et la FWD 7 sont fixés au moyen de soudure. Ainsi, deux jeux d'IGBT 7 et de FWD 7 sont disposés pour former un motif en damier et une paire d'électrodes auxiliaires sont placées le long de côtés en regards de la plaque isolante 3 de façon que les deux jeux d'IGBT 6 et de FWD 7 soient intercalés entre elles. Une paire de dispositifs de commutation comprenant chacun l'IGBT 6 et la FWD 7 connectée en parallèle et en inverse sur cet IGBT 6, sont formés dans chacun des motifs de circuit 4 sur les trois substrats isolants 2 sur la plaque de base en métal 1. Les dispositifs de connexion de la paire sont connectés en série l'un avec l'autre sur le substrat isolant 2. Le circuit principal d'un onduleur triphasé est donc formé sur la plaque de base en métal 1, comme on peut le voir sur la figure 1 et le schéma de circuit de la figure 7. Les dispositifs de commutation de la paire sont disposés de façon rapprochée dans chacun des trois substrats isolants 2. Il en résulte que le circuit principal de l'onduleur triphasé est formé avec un faible encombrement sur la plaque de base en métal 1. On décrira ci-après le fonctionnement du dispositif conforme à ce mode de réalisation. Lorsque le dispositif à semiconducteur pour la commande d'énergie électrique est utilisé en onduleur, une circulation de courant dans le circuit principal et une opération de commutation répétée de l'IGBT 6 font produire de la chaleur aux IGBT 6 et aux FWD 7. La chaleur produite est transférée à la plaque de base en métal 1 à travers la couche de soudure 9a, le motif de circuit 4, la plaque isolante 3, le Motif de face arrière 5 et la couche de soudure 9. Ensuite, la chaleur est diffusée vers l'assemblage de radiateur à ailettes (non représenté) fixé à la plaque de base en métal 1. Pendant le transfert de chaleur, la couche de soudure 9 qui connecte le motif de face arrière 5 à la plaque de base en métal 1 subit une contrainte thermique complexe. La contrainte thermique est occasionnée par diverses raisons : une différence de coefficient de dilatation thermique entre la plaque de base en métal 1 et la plaque isolante 3, qui est combinée avec le motif de face arrière 5; un gradient de température entre la plaque de base en métal 1 et le motif de face arrière 5; et une variation spatiale du gradient de température occasionnée par une distribution de température dans l'électrode de face arrière 5, dans laquelle une partie proche de l'IGBT 6 produisant une chaleur considérable, a une température plus élevée que celle d'autres parties. Un cycle thermique qui se produit inévitablement lorsque le dispositif est placé dans un compartiment de moteur, ainsi que le cycle thermique qui est produit par une opération de démarrage et d'arrêt de l'IGBT 6, peuvent occasionner des fissures dans la couche de soudure 9. Comme représenté sur la figure 3, les petites fissures partent généralement de coins du motif de face arrière 5, où une distance par rapport à un centre du motif de face arrière 5 est maximale, et par conséquent des contraintes sont susceptibles de se concentrer à ces endroits. Les petites fissures produites s'étendent vers le centre du motif de face arrière 5 et se développent pour devenir de grandes fissures. Les fissures dans la couche de soudure 9 augmentent une résistance thermique de la couche de soudure 9 et réduisent l'efficacité de dissipation de chaleur. Si les fissures dans la couche de soudure 9 arrivent au-dessous d'une partie du motif de face arrière 5 se trouvant sous l'IGBT 6, l'IGBT 6 peut être échauffé de façon excessive jusqu'à la destruction. Cependant, la paire de motifs de circuit 4 sur le substrat isolant 2 du dispositif à semiconducteur de ce mode de réalisation a une structure dans laquelle deux jeux des IGBT 6 et des FWD 7 sont intercalés entre la paire d'électrodes auxiliaires 8. Les électrodes auxiliaires 8 se trouvent au coin 5a du motif de face arrière 5, et l'IGBT 6 produisant une forte chaleur et la FWD 7 produisant une chaleur considérable sont placés à distance du coin 5a. Même lorsque l'IGBT 6 répète une opération de démarrage et d'arrêt, la température du coin 5a du motif de face arrière 5 est inférieure à celle de la partie située au-dessous de l'IGBT 6 ou de la FWD 7. La formation et le développement des petites fissures 9b dans la couche de soudure 9 sont réduits au coin 5a du motif de face arrière 5. Même si les petites fissures se forment et se développent au coin 5a, la grande distance entre l'IGBT 6 et ou la FWD 7 et le coin 5a du motif de face arrière 5 empêche les fissures d'atteindre en une courte durée l'emplacement situé au-dessous de l'IGBT 6 ou de la FWD 7. Ainsi, même si les petites fissures se forment sous l'effet du cycle thermique qui se produit dans le compartiment de moteur, et par le cycle thermique occasionné par une opération de démarrage et d'arrêt de l'IGBT 6, les petites fissures atteignent au bout d'une longue durée l'emplacement situé sous l'IGBT 6 ou la FWD 7. Par conséquent, le dispositif à semiconducteur de ce mode de réalisation présente une résistance élevée aux cycles thermiques et a une longue durée de vie et une fiabilité élevée. Le thermo-capteur formé de manière intégrée sur l'IGBT 6 est placé à la position la plus éloignée du centre du substrat isolant 2, c'est- à-dire à la position proche du coin 5a du motif de face arrière 5 et à l'endroit auquel une influence de la mauvaise dissipation de chaleur qui est occasionnée par les petites fissures 9a qui se sont développées vers le centre du motif de face arrière, apparaît en premier. Par conséquent, il est possible de détecter la croissance des petites fissures 9b avant que l'IGBT 6 tombe en panne sous l'effet de la chaleur, et de connaître la du- rée de vie exacte. Du fait que les électrodes auxiliaires 8 sont connectées aux régions de motif d'électrode 4a, une largeur de la région de motif d'électrode 4a peut être réduite en augmentant l'épaisseur de l'électrode auxiliaire 8. Ceci conduit à une réduction de la taille du substrat isolant 2 et de la plaque de base en métal 1. Par conséquent, l'inductance du circuit principal et la taille du dispositif à semiconducteur sont réduites. Plus le substrat isolant 2 est grand, plus la distance à partir du centre jusqu'au coin 5a du motif de face arrière 5 est longue. La longue distance entre le centre et le coin du motif de face arrière augmente une force de gauchissement ou de cisaillement appliquée à la couche de soudure 9, qui est occasionnée par une différence de coefficient de dilatation thermique entre la plaque de base en métal 1 et la plaque isolante 3 au coin 5a. Ceci favorise la formation et la croissance des petites fissures 9b. Pour empêcher la formation et la croissance des petites fissures 9b dans la couche de soudure 9, il est préférable que la taille du substrat isolant 2 soit réduite dans des limites telles que le transfert de chaleur vers la plaque de base en métal 1 ne soit pas empêché. On a effectué un test pour confirmer ceci. On a employé un substrat isolant constitué par une plaque de base en métal 1 consistant en cuivre et par une plaque isolante 3 consistant en nitrure d'aluminium. On a disposé un IGBT 6 d'une catégorie de 600 A sur le substrat isolant rectangulaire 2 de 45 mm x 48 mm, comme représenté sur la figure 1. On a effectué un test de cycle thermique de -40 à 125 C. Dans le cas où la paire d'IGBT 6 disposés de manière croisée était à moins de 25 mm d'un centre du substrat isolant 2, la progression des petites fissures était très lente. Le dispositif a continué à fonctionner même après 2000 cycles thermiques, ou plus. Au contraire, lorsque l'IGBT 6 n'était pas à moins de 25 mm du centre du substrat isolant 2, qui était plus grand que celui décrit ci- dessus, les petites fissures 9b se sont développées rapidement et le dispositif a eu une courte durée de vie. L'IGBT 6 pour un dispositif à semiconducteur pour la commande d'énergie électrique d'une catégorie de 600 A, catégorie pour laquelle il y a une demande élevée, nécessite une taille correspondant à un carré de 14 mm de côté. Cependant, lorsqu'on utilise des IGBT d'une taille correspondant à un carré de 15 mm de côté, et dans lequel les IGBT sont disposés de manière croisée sur la paire de motifs de circuit 4 formés dans une relation de symétrie centrale sur le substrat isolant 2, les 1GBT 6 peuvent aisément être placés à l'intérieur d'une zone de 25 mm de rayon. II en résulte qu'en utilisant un substrat 2 et une plaque de base en métal 1 ayant une taille correspondant à la catégorie 300 A dans un dispositif classique, c'est-à-dire en utilisant un substrat isolant 2 rectangulaire d'une taille de 45 mm x 48 mm, on obtient un dispositif à semiconducteur de la catégorie 600 A. Une taille d'un dispositif à semiconducteur de cette catégorie est donc remarquablement réduite. De plus, bien que la taille du substrat isolant 2 soit réduite, une plaque de cuivre peut être employée pour une plaque de base en métal 1 assemblée à une plaque isolante 3 en nitrure d'aluminium, au lieu d'une plaque de base coûteuse en alliage cuivre-molybdène, qui est nécessaire dans le dispositif à semiconducteur classique des figures 4 à 6. La plaque de base en métal 1 consistant en cuivre a un coefficient de dilatation thermique qui est considérablement différent de celui de la plaque isolante 3 en nitrure d'aluminium. Cependant, le cuivre a une conductivité thermique élevée et est peu coûteux. Par conséquent, on obtient non seulement un excellent compromis entre une capacité et une taille du dispositif à semiconducteur, mais également un coût de fabrication du dispositif remarquablement réduit, sans diminuer l'aptitude de la couche de soudure 9 à résister aux cycles thermiques. Dans ce mode de réalisation, on utilise une plaque de cuivre pour la plaque de métal de base 1, et on utilise une plaque isolante 3 en nitrure d'aluminium avec un motif de face arrière 5 consistant en une feuille de cuivre, pour le substrat isolant 2. On peut cependant obtenir les effets décrits ci-dessus avec d'autres sortes de matériaux; par exemple, une plaque d'aluminium pour la plaque de base en métal 1 ; une plaque constituée par d'autres céramiques comme de l'alumine ou du nitrure de silicium, pour la plaque isolante 3; et une feuille d'aluminium pour le motif de face arrière 5. Bien qu'on utilise de la soudure à titre de matériau de liaison entre la plaque de base en métal 1 et le motif de face arrière du substrat isolant 2, on peut également employer de la soudure exempte de Pb (soudure sans Pb). Au lieu d'employer de la soudure, on peut également employer d'autres matériaux de liaison, comme de la brasure à l'argent, de la pâte à l'argent ou de la résine époxy. II va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif à semiconducteur pour la commande d'énergie électrique, caractérisé en ce qu'il comprend : (a) une plaque de base en métal (1); et (b) au moins un substrat isolant (2) comprenant : (1) une plaque isolante (3), (2) un motif de face arrière (5) sur une face arrière de la plaque isolante (3), ce motif de face arrière (5) étant fixé sur la plaque de base en métal (1), et (3) deux motifs de circuit (4) placés sur une face avant de la plaque isolante (3) et au-dessus du motif de face arrière (5), chacun de ces motifs de circuit (4) comprenant un élément de commutation (6) pour la commande d'énergie électrique constitué par un semiconducteur, une diode de roue libre (7) associée en une paire avec l'élément de commutation, et une zone d'électrode (4a); dans lequel chacun des motifs de circuit (4) a la forme d'une lettre "L" et s'étend le long de deux côtés de la plaque isolante (3) qui sont en continuité et s'étendent perpendiculairement l'un à l'autre, et ces deux motifs de circuit (4) sont disposés à des coins opposés de la plaque isolante (3) en une relation mutuelle de symétrie centrale, et dans lequel l'élément de commutation (6) est intercalé entre la diode de roue libre (7) et la zone d'électrode (4 a) dans chacun des motifs de circuit (4). 2. Dispositif à semiconducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une électrode auxiliaire (8) est fixée sur la zone d'électrode (4a). 3. Dispositif à semiconducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que deux éléments de commutation (6) et deux diodes de roue libre (7) sont disposés en un motif en damier et sont intercalés entre deux électrodes auxiliaires (8) placées le long de côtés opposés de la plaque isolante (3). 4. Dispositif à semiconducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque isolante (3) est en céramique; le motif de face arrière (5) et les motifs de circuit (4) consistent en cuivre ou en aluminium; la plaque de base en métal (1) consiste en cuivre ou en aluminium; et le motif de face arrière (5) est fixé sur la plaque de base en métal (1) par de la soudure (9). 5. Dispositif à semiconducteur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'élément de commutation (6) a une forme rectangulaire ayant des côtés d'une longueur supérieure à 14 mm et il peut être logé dans une étendue de 25 mm de rayon sur une face avant du substrat isolant (2). 6. Dispositif à semiconducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un capteur de température est placé sur le dispositif de commutation (6) à un coin, ou près d'un coin, du motif de face arrière (5).