Brevet FR2825514A1 — publié le 20021206

La présente invention concerne une liaison d'un composant semi-conducteur à un radiateur, le radiateur ayant une paroi intérieure et le composant semi-conducteur un socle avec une paroi extérieure, le socle ayant une surface extérieure de fond adjacente à la paroi extérieure, et le radiateur ayant une surface intérieure de fond adjacente à la paroi intérieure. L'invention concerne également un composant semiconducteur correspondant ainsi qu'un radiateur et un procédé pour relier un composant semi-conducteur à un radiateur. Etat de la technique On connaît déjà des diodes enfoncées par pression utilisées par exemple dans les générateurs (alternateurs) de véhicules automobiles ; ces diodes sont par exemple pressées dans le radiateur ou dans le panneau de palier de tels générateursjaltemateurs ou de composants analogues en particulier dans des véhicules automobiles, par la surface frontale de leur socle. De telles diodes pressées ont de manière générale un socle moleté, de sorte que la surface périphérique du socle puisse échanger de la chaleur avec le radiateur ou le panneau de palier. Avantages de l'invention La présente invention concerne une liaison du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que les surfaces de fond extérieure et intérieure du radiateur sont au moins en partie en contact thermique lorsque le composant semi-conducteur est relié au radiateur. La liaison selon l'invention entre le composant semiconducteur et le radiateur offre l'avantage vis-à-vis de l'état de la technique d'augmenter considérablement la chaleur évacuée du composant semi-conducteur et ainsi d'abaisser soit la température du composant semiconducteur, soit à même température du semi-conducteur, de permettre une température ambiante plus importante ou encore de maintenir le composant à température égale en lui permettant de dégager une puissance perdue plus importante. Il est particulièrement avantageux d'installer dans une ouverture du radiateur un composant semi-conducteur avec un socle symétrique en rotation selon une orientation quelconque. Cela est particulièrement le cas si la paroi intérieure et la paroi extérieure sont essentiellement cylindriques et si les surfaces du fond sont essentiellement rondes. Il est en outre avantageux que la liaison soit une liaison pressée. Dans ces conditions, il ne faut pas d'autres moyens supplémentaires pour réaliser le contact entre le composant semi-conducteur et le radiateur. De plus, le bord extérieur du socle au pressage du composant semi-conducteur peut être en même temps maté dans l'ouverture du radiateur pour avoir un meilleur contact entre le composant semiconducteur et le radiateur. Il est également avantageux de structurer la surface intérieure du fond du radiateur et la surface extérieure du fond du socle pour les faire coopérer de façon qu'au moment de l'enfoncement, il se produise une déformation plastique des structures ou de l'une des structures. Cela garantit ainsi l'utilisation de la surface du fond comme surface d'échange de chaleur, car d'éventuelles irrégularités ou impuretés ne conduisent pas à la perte de la conductivité thermique. On peut prévoir soit que les structures sont des anneaux concentriques notamment sous la forme de nervures soit que la première structure est une forme convexe et la seconde structure une forme concave. L'invention concerne aussi un radiateur et/ou un composant semi-conducteur que l'on peut relier par un procédé de liaison selon l'invention. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins et décrits ci-après de manière plus détaillée. Ainsi : - la figure 1 montre un composant semi-conducteur relié par le bord de son socle à un radiateur, - la figure 2 montre le composant semi-conducteur relié à la fois par le bord de son socle et par la surface de son fond de socle à un radiateur, - la figure 3 montre un second mode de réalisation du composant semi- conducteur également relié avec sa surface périphérique du socle et la surface du fond du socle à un radiateur de forme correspondante. Description des exemples de réalisation La figure 1 montre la liaison d'un composant semiconducteur 10 à un radiateur 20. On a représenté en coupe l'ouverture dans le radiateur 20 recevant le composant semi-conducteur 10. L'ouverture selon l'état de la technique est un orifice et en particulier un orifice circulaire. Le composant semi-conducteur 10 se présente notamment sous la forme d'une diode. Il sera désigné ci-après comme diode 10. Le composant semi-conducteur 10 peut toutefois être n'importe quel autre composant 10 ; selon l'invention, on considère en particulier les composants semi-conducteurs 10 qui sont des conducteurs de puissance pour des états de fonctionnement produisant une perte de puissance relativement importante dégagée sous la forme de chaleur dans le radiateur 20. La diode 10 comprend un socle 12, un boîtier coulé 14 et une broche de tête 16. Le socle 12 est prévu selon l'invention soit uniquement comme surface d'évacuation de chaleur, soit en même temps comme surface d'évacuation de chaleur et branchement électrique de la diode 10. De plus, la broche de tête (fil de liaison de tête) 16 constitue le branchement électrique de la diode. Selon l'invention, il est possible que du côté de la broche de tête 16, c'est-à-dire du côté supérieur de la diode 10 selon la vue de la figure 1, d'autres branchements électriques sortent du boîtier 14. La structure interne de la diode 10 ou du composant semi-conducteur 14, c'est-à-dire de ces composants placés entre le socle 12, le boîtier 14 et le conducteur de tête 16 ou les branchements électriques 16 ne concernent pas directement la présente invention et ne seront pas décrits de manière plus détaillée. Le socle 12 de la diode 10 présente une surface enveloppe 122 coopérant avec une surface intérieure 202 du radiateur 20 pour être en contact thermique. La surface intérieure 202 correspond à la surface de l'ouverture décrite ci-dessus réalisée dans le radiateur 20. Selon, l'état de la technique, la diode 10 est pressée par son côté du socle portant la référence 13 à la figure 1 dans le perçage du radiateur 20 prévu pour recevoir la diode 10. La figure 2 montre la liaison selon l'invention du composant semi-conducteur 10 et du radiateur 20. Les mêmes références qu'à la figure 1 désignent les mêmes éléments et composants de la diode 10 ou du radiateur 20. Contrairement à l'état de la technique représenté à la figure 1, il n'y a pas selon l'invention d'orifice traversant, c'est-à-dire par exemple un perçage débouchant dans le radiateur 20 pour recevoir la diode 10 ; il est uniquement prévu un perçage borgne 201 comme cavité pour recevoir la diode 10. Le perçage borgne 201 présente la paroi intérieure 202 déjà décrite à la figure 1 ainsi qu'au-delà une surface inférieure 204 de fond. Le socle 12 de la diode 10 présente de façon correspondante présente une surface extérieure de fond 124. Selon l'invention, il est prévu de placer la diode 10 dans le perçage borgne 201 du radiateur 20 pour avoir un contact thermique entre la surface extérieure 124 du fond du socle 12 et la surface intérieure du fond 204 du perçage borgne 201 dans le radiateur 20. Ce contact est avantageux pour que non seulement les surfaces périphériques, c'est-à-dire la paroi extérieure 122 du socle 12 et la paroi intérieure 202 du radiateur 20 mais également des surfaces de fond 124,204 servent au transfert de la puissance perdue dégagée par le composant semi-conducteur 10 et ainsi au développement correspondant de la chaleur. Par rapport aux seules surfaces périphériques 122,204 pour le dimensionnement habituel de la diode 10, cela se traduit par une augmentation de la surface d'échange de chaleur représentant plus du double. Par exemple dans les applications aux générateurs (alternateurs) de véhicules automobiles, il faut des composants semiconducteurs de puissance qui résistent à des températures ambiantes toujours plus élevées et assurent néanmoins une évacuation certaine de la chaleur correspondant à la puissance perdue. En particulier du fait de l'encapsulage plus prononcé de l'enceinte du moteur, les températures ambiantes de tels composants semi-conducteurs augmentent pour atteindre jusqu'à 130 C et plus, de sorte que pour l'évacuation de la chaleur pour une température maximale prédéterminée, auxquels les dispositifs semi-conducteurs doivent résister à l'intérieur des ensembles semiconducteurs, on dispose d'une différence de température plus réduite. Une telle différence de température plus réduite doit être compensée par une plus grande surface d'échange de chaleur pour respecter les mêmes conditions relatives à la chaleur perdue qu'il faut évacuer. C'est pourquoi selon l'invention, il est prévu d'utiliser la surface de fond du socle, c'est-à-dire la surface extérieure 124 comme surface d'échange de chaleur. A cet effet, le radiateur 20 comporte pratiquement comme pendant à la surface extérieure 124 du fond du socle 12, une surface intérieure de fond 204. Toutefois, il est nécessaire que la qualité du radiateur 20 prévu pour recevoir la diode 10 ne soit pas réalisée comme un perçage traversant même comme un perçage borgne 201. De plus selon l'invention, il faut que la diode 10 soit introduite dans le per- çage borgne 201 du radiateur 20 par son côté opposé au conducteur de branchement, c'est-à-dire selon la direction représentée par la flèche por- tant la référence 17. Mais cela n'est pas possible avec une diode 10 de construction habituelle comme celle représentée à la figure 1, car le boîtier 14 ou le branchement de tête 16 ne conviennent pas pour recevoir une force appropriée pour introduire la diode 10 dans le perçage borgne 201. La diode 10 selon l'invention prévoit pour cela de réaliser un bord agrandi 126 pour le socle 20, ce bord permettant de recevoir une force suffisante pour introduire la diode 10 dans le perçage borgne 201. Le côté gauche de la vue en coupe de la figure 2 montre la diode 10 dans une situation dans laquelle elle n'est pas introduite complètement dans le per- çage borgne 201 ; la partie droite de la figure 2 montre une vue en coupe de la diode 10 introduite complètement dans le perçage borgne 201 pour réaliser le contact thermique entre la diode 10 et le radiateur 20 à la fois au niveau de la surface périphérique 122 du socle 12 et au niveau de la surface 124 de son fond. Selon l'invention, il est notamment prévu de mater le bord 126 de la diode 10 lorsqu'elle est pressée dans le perçage borgne 201. Cela permet de réaliser un contact particulièrement intime dans le sens d'un bon transfert thermique entre la diode 10 et le radiateur 20 du fait que le bord 126 de la diode 10 se déforme plastiquement et s'adapte complètement au perçage borgne 201. Dans le cas de la liaison du composant semi-conducteur 10 et du radiateur 20 selon l'invention, il est en outre prévu que la surface intérieure 204 du fond du perçage borgne 201 présente une première structure et la surface extérieure 124 du fond du socle 12 présente une seconde structure. La première structure et la seconde structure coopèrent lorsque la diode 10 est placée dans le perçage borgne 220. La figure 1 montre la première structure comme courbure convexe 205 et la seconde structure comme courbure concave 125. Selon l'invention, il est notamment prévu qu'à l'introduction de la diode 10 dans le perçage borgne 201, on réalise une déformation plastique de la première et/ou de la seconde structures. La figure 3 montre un autre mode de réalisation de la liaison selon l'invention du composant semi-conducteur 10 au radiateur 20. Dans cette figure, on a utilisé les mêmes références qu'aux figures 1 et 2 pour désigner les mêmes parties de la diode 10 ou du radiateur 20. Contrairement au mode de réalisation de la liaison selon l'invention représenté à la figure 2, dans le cas de la figure 3, il est prévu que la première et la seconde structures soient composées d'une structure en nervures de la surface intérieure 204 et de la surface extérieure 124 du fond. Les nervu- res prévues selon l'invention dans cet autre mode de réalisation pour la première et la seconde structures coopèrent selon l'invention, de sorte que les nervures s'interpénètrent et augmentent la surface de contact entre la surface intérieure 204 et la surface extérieure 124 du fond. Selon l'invention, dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, le perçage borgne 201 et le socle 12 de la diode 10 ont notamment une symétrie de rotation, si bien que la diode 10 peut être placée dans le perçage borgne 201 quelle que soit sa position de rotation. De façon correspondante, on a les nervures de la première et de la seconde structures selon un autre mode de réalisation de la liaison de l'invention qui sont de forme particulièrement circulaire et avec des rayons concentriques. Selon l'invention, dans un autre mode de réalisation, il est en outre prévu que les nervures de la première et de la seconde structures, s'interpénètrent de façon que les parties en relief de la structure de nervures à la fois de la surface extérieure 124 et de la surface intérieure 204 du fond soient légèrement atténuées, pour que finalement les surfaces de flancs des nervures portant la référence 130 dans la vue de détail à échelle agrandie de la figure 3, fonctionnent comme des surfaces de contact entre les surfaces extérieures du fond 224 et la surface intérieure du fond 204. Pour une force prédéterminée agissant dans la direction verticale, on obtient ainsi au niveau de la surface en biais 130 des flancs de nervures, un effet de force beaucoup plus grand qui favorise une déformation plastique et ainsi une liaison intime entre les deux surfaces de fond 124,204 dans le sens d'un meilleur échange de chaleur. En plus selon l'invention, pour améliorer l'échange de chaleur, le perçage borgne 201 peut comporter entre les deux surfaces de fond 124,204, une patte conductrice, non représentée ou un moyen analogue pour améliorer le passage de la chaleur. Enfin suivant d'autres caractéristiques intéressantes, la liaison est réalisée sous la forme d'un siège pressé et la paroi extérieure 122 du socle comporte un moletage qui se déforme plastiquement lors de l'enfoncement du composant semi-conducteur 10. REVENDICATIONS 1 ) Liaison d'un composant semi-conducteur (10) à un radiateur (20), le radiateur (20) ayant une paroi intérieure (202) et le composant semiconducteur (10) un socle (12) avec une paroi extérieure (122), le socle (12) ayant une surface extérieure de fond (124) adjacente à la paroi extérieure (122), et le radiateur (20) ayant une surface intérieure (204) de fond adjacente à la paroi intérieure (202), caractérisée en ce que les surfaces de fond (124) extérieure et intérieure (204) du radiateur sont au moins en partie en contact thermique lorsque le composant semiconducteur (10) est relié au radiateur (20). 2 ) Liaison selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi intérieure (202) du radiateur et la paroi extérieure (122) du socle sont essentiellement cylindriques et les surfaces de fond (204,124) sont essentiellement rondes. 3 ) Liaison selon la revendication 1, caractérisée en ce que la liaison est réalisée sous la forme d'un siège pressé. 4 ) Liaison selon la revendication 3, caractérisée en ce que la paroi extérieure (122) du socle comporte un moletage qui se déforme plastiquement lors de l'enfoncement du composant semi-conducteur (10). 5 ) Liaison selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface intérieure (204) du fond du radiateur présente une première structure coopérant avec une seconde structure prévue sur la surface extérieure (124) du fond du socle pour notamment produire une déformation plastique de la première et/ou de la seconde structures lors de la réalisation de la liaison. 6 ) Liaison selon la revendication 5, caractérisée en ce que les structures sont des anneaux concentriques notamment sous la forme de nervures. 7 ) Liaison selon la revendication 5, caractérisée en ce que la première structure est une forme convexe (205) et la seconde structure une forme concave (125). 8 ) Composant semi-conducteur (10) destiné à être relié à un radiateur (20) par une liaison selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9 ) Radiateur (20) destiné à être relié à un composant semi-conducteur (10) par une liaison selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 10 ) Procédé de fabrication d'une liaison selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, le composant semi-conducteur (10) étant pressé par son côté opposé à son socle (12) dans une cavité (201) du radiateur (20).