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iV~l'h~3
~inven-tion conce~ne u~ procedé pour le serxage d'un
bo~tier de semi-conducteur de puii~sance rnonte enlre deux radia-
teUrs et le dispositif pour la mise e~ oeu~re de ce procédé. Elle
s!applique en particulier au montage de~ ~emi-conducteurs pour ma-
tériel embarqvé de traction pour lequcl les écono~ies de place et
de masse sont primordiales.
~ es semi-conducteurs utilisés dans ce cas sont des thy-
ristors ou des diodes devant ~tre montés entre deux radiateurs,
ces derniers assurant l'évacua-tion des calories par une ventila-
tion par air pulsé d'une part, et servant de connexio~s a~ec lesfaces de ces semi-conducteurs d'autre part. Grâce à un matériel
d'enGombrement réduit, on peut ainsi é~acuer la puissance impor-
tante dissipée dans la jonction des semi-conducteurs de puissance.
~e bo~tier con-te~ant la jonction se présen-te 30US la forme d'une ~;
pastille cylindri-que comportant sur l'une de ses faces un pet~t
logement central pour recevoir, si on le désire, l'une des extré-
mités d'une tige de centrage. ~a chaleur dégagée dans la jonction
est transmise au~ radiat0urs par les deux faces du boitier, en
; contact étroit avec le~ faces correspondantes des deux radiateurs.
~es deux faces de co~taot du bo~tier servant d'électrodes pour le
semi-conducteur, la tension de fonctionnement se trouve appliquée
entre les deux radiateurs.
, Dans les procédés de serrage co~nus pour ce genre de
¦ ~emi-conducteurs, on serre le bo~`tier entre ses deux radiateurs
au moyen de deux plaques métalliquei3 rigides reliées par trois
tiges isolées et des écrous de serrage isolés. ~es trois tiges
sont disposées parallèlement, ~ égale distance du boîtier, pour
équilibrer la force de serrage sur celui-ci. ~es deux plaques ap-
puient chacune sur la face extérieurs du radiateur correspondant,
par l~intermédiaire d'u~e ou de plusieuris rondelles élastio~eis
. ~ .
placées au centre des plaques et destinees à co~peni~er les iné~a-
lités de dilatation entre tiges et radiateurs pendant le fonction-
.
~ ''' ~' ' ' '
nement du scmi~c~ndllc-t~ur. On peu~ aussi utiliser l~s serragesç à
deux ou quatre tiges, mais ce dernier cas présente l'inconvénient
d'atre hyper5tatigue.
Ies serrages selon ces procédés ont l'inconvénient d'ê
tre encombrants et de nécessiter des tiges longues qui, traver- -
sant les nervures des ~adiateurs, gênent leur ventilation et ren-
dent leur isolement plus difficile à réaliser.
Pour qu'un semi-conducteur de ce genre fonctionne de ma-
nière correcte, notamment au point de vue de son échauffeme~t, il
faut d'une part que l'effort de serrage du boltier entre ses deux
- ... ..
radiateurs soit compris dans une plage indiquée par le collstruc-
teur, d'autre part qu'il soit réparti uniformément sur chacune des
deux surfaces de contact entre bo~tier et xadiateurs. ~orsque ces
conditions ~ont rernplies, l'échange de chaleur entre bo~tier et `~-
radiateurs est assez bon pour a~surer à la jonction une tempéra-
ture lui permettant une durée de Yie normale.
Or, selon le système de serrage à troi~ tiges cité lus
haut, les écrous sont vissés sur les tiges correspondantes à l'ai-
de d'une clé dy~amométri~ue. On ne connaît pas de mani~re précise
l'effort de serrage total obtenu sur le boîtier. On n'est pa~ sûr
.
non plu5 que cet effort de serrage soit réparti régulièrement sur
le bo~tier par les trois tiees.
Au cours du fonctionnement du semi-conducteur, la diffé-
rence de température entre les tiges et les radiateurs d'une part,
~ et la différence des coe~icients de dilatation des radiateurs
; (alliage d'aluminium) et des tiges (acier) d'autre part, peuvent
entra~er un e~fort de serrage réel excessif, la compensation par
les rondelles élastiques n'étant pas parfaite.
En outre, un dé~aut de parallélisme entre le~ faces du ~`
bo~tier fait que la pression n'e~t pas uniforme sur les surfaces
de contact, ce qui peut même provoquer un glissement du bo~tier
sur les radiateu~s, surtout quand on n'utilise pas de tige de cen-
, - ,
': '.
- 2 -
, .:
. ..
trage. Des points chauds peuvent apparaître sur la jonction, en-
traînant une diminution de sa duree de vie ou même sa destruction
rapide.
Avec le procede selon l'invention, on utilise une presse
a cadran pour connaître de maniere precise l'effort de serrage ap-
plique sur le boltier et un outillage de serrage permettant de
transmettre une pression uniforme sur chacune des deux surfaces
~ de contact du boîtier avec ses radiateurs, même dans le cas ou
; ces surfaces de contact presentent un defaut de parallelisme.
s 10 De plus, les deux radiateurs servant de plaques de serrage pour le
boîtier, l'encombrement du systeme est reduit. La forme plate
choisie pour les radiateurs permet d'utiliser des tiges de serra-
ge de longueur reduite. La ventilation des radiateurs est amelio-
rée. La partie centrale isolante des pièces de serrage utilisées
pour les radiateurs sert d'isolant entre eux.
Le procede selon l'invention est caracterise en ce que: ~ -
- on place ledit boîtier entre son radiateur supérieur
et son radiateur inférieur, les surfaces de contact ayant été
préalablement usinees,
- on applique sur les radiateurs, au moyen d'une presse
cadran, des efforts de serrage supérieurs d'environ 25% à l'ef-
fort de serrage final désiré sur le boîtier, par l'intermédiaire
de deux plateaux orientables, de manière à ne transmettre que des
forces de pression perpendiculaires à chaque surface de contact,
. . .
et de fa~on que l'un des plateaux exerce son effort de pression
¦ directement sur les pièces de serrage des radiateurs, ces pièces
étant distribuées autour du boîtier selon trois axes équidistants, ;
- sans toucher au réglage de la presse, on serre succes-
sivement chacune des trois pieces de serrage avec un effort de
30 serrage egal à environ un centième de l'effort de serrage final
desiré, et on contrôle l'égalite des trois efforts correspondants
à l'aide du cadran de la presse,
. ~ ..
~ _ 3 _
1 ' . ''' .
~g~41~3 ~-
- on supprime enfin l'action de la presse.
~: Le dispositif pour la mise en oeuvre de ce proced~ est
caractérisé en ce qu'il comporte: ;
-- une presse à cadran; -
- un premier plateau circu].aire muni d'un pivot central
à sa partie supérieure et, à sa partie inférieure, de trois tiges
a extrémites coniques, parallèles au pivot central et disposees `: - .
aux sommets d'un triangle equilateral centre sur ledit plateau, : .
- un deuxième plateau circulaire, muni d'un pivot cen-
dral à sa partie inférieure, et d'une pièce de centrage à sa par-
tie supérieure,
- deux crapaudines, l'une fixée sur la partie supérieure -~
de la presse et recevant l'extrémité du pivot central du premier .
plateau, l'autre fixee sur la partie inférieure de la presse et ~ - .;.
recevant l'extremite du pivot central du deuxieme plateau,
- trois pieces de serrage des deux radiateurs, chacune
comprenant deux tiges filetées, réuni~s entre elles par un moulage ~.
~ lsolant, alnsi que des rondelles élastiques tarées. - -
: L'invention sera mieux comprise à l'aide de la descrip-
tion qui va suivre et de la figure unique annexée représentant
~ le dispositif utilisé pour le serrage d'un boîtier de thyristor : ;
;: ou de diode entre ses deux radiateurs.
Sur la figure, sont représentés la partie 9upérieure 1 :
:~ et la partie inférieure 2 d'une pre9se à cadran, les crapaudines
3 et 4 correspondantes, un premier plateau circulaire 7 muni
d'un pivot central 8 et de trois tiges 9 a extrémités coniques .:
(une seule de ces tiges étant représentée sur la figure), un :. ;
deuxième plateau circulaire 5 muni de sa pièce de centrage 5A et : :
~: d'un pivot central 6, deux radiateurs 10 et 11 et leurs surfaces .
~;30 de contact respectives 12 et 13 avec un boltier 14, une tige de ~
~: centraqa 15 du boltier sur le radiateur 10 et l'une des trois . .
~::` pi8ces de serrage identiques comprenant deux tiges filetées 17
et 18, réunies entre elles par un moulage isolant 16, trois
.~ _ 4
~ A
~-~
rondelles élas~lqu.~ superposée~ 21, ~ ~crou 19 comportant un
~anchon pou.r cen-tler les rondelles élastiques 21, un frein d 'écrou
20, une e~tretoise ~2, ~n écrou 23 et un frein d' écrou 24. ~es
radiateurs 10 et 11 sont respecti~ement percés de troi~ logements
25 et 26 pour recevoir les tiges filetëes 17 et 18.
~ es pièces 5A, 10, 11, 19, 20, 22, 24 sont représentées
en coupe.
~ e procédé selon l'inventio~ se déroule de la manière
suivante:
On pre~d le radiateur 10 en le maintenant dans la
position qu'il occupe sur la figure, on place successi~ement pour
cha~ue pièce de serxage les rondelles élastiques 21, le ~rein
d'écrou 20, l'écrou 19 dans le logement 25 correspondant. On
visse la tige filetée 17 de la pièce de serrage dans l'écrou
19 de manière que la partie centrale 15 de la pièce de serrage
et les rondelles élastiques 21 soient en contact avec le rad~a-
teur 10 9ans serrage.
On retourne l'ensemble ainsi monté. On enduit la surfa-
. ,
; ce de contact 12 du radiateur 10 de graisse compound. ~es surfa-
ces de contact entre les radiateurs et le bo~tier ont été préala- ~ -
blement usinées, l'état de surface de ces usinages étant d'une
qualité de l'ordre de 0,8 à 1,6 micromètre et d'une très bonne
planéité~ ~a surface de contact 12 doit être bien nettoyée a~an1;
~¦ d'être enduite de graisse.
On prend la tige de centrage 15 dans la position ~u'elle
occupe sur la figure, on la place dans le logement prévu pour
elle ~ur le radiateur 10. De ~ême, le boitier 14 est pris tel
qu'il est sur la figure et retourne pour être placé sur la surfa-
ce dq contact 12 et centré sur la tige de centrage 15. On prend~ 30 le radiateur 11 en le maintenant dans la position qu'il occupe
sur~la ~igure, on endul~ sa surface de contact 13 avec de la
graisse compound en prenant les mêmes précautions que précédemment ~ `
5 _ :
~J~
1~4~Z~3
et on le retou~le pour placer sa surface de contact 13 sur le
bo~tier 14.
Ce faisant, les tiges filetées 18 vien~ent à leur place
dans les loge~ents 26 correspondants. Pour chaque pièce de ser-
rage, on place ensuite l'entretoise 22 dans le logement 26, le
frein d'écrou 24 et l'écrou 23 qu'on visse à la main sans freiner.
~'ensemble ainsi forme par les deux radiateurs serrant
le boîtier au moyen des trois pièces de serrage est retourné pour
venir dans la position indiqvée æur la figure.
~ 10 ~es crapaudines 3 et 4 étc~nt respectivement fixées sur
`~ la partie supérieure et la partie inf~rieure de la presse, on
~ place llensemble preoédent dans l'outillage de serrage comprenant
3 les deux plateaux circulaires 5 et 7 de la maSnière suivante:
On prend le deuxième plateau circulaire 5 muni de sa
piece de centrage 5A sur lequel on place le radiateur 11 suppor-
tant llensemble précédent.
On place les extrémités coniques de~ troi~ tiges 9 dans
les logements coniques des extrémités des tiges filetées 17. ~e ~;
nouvel ensemble ainsi formé entre les pivots centraux 6 et ~ est `;
mis SOU9 la presse, les pivot~ 6 et 8 appu~ant respectivement
sur les crapaudines 4 et 3.
Par l'intermédiaire des pivots centraux 6 et 8 on appli-
~ que avec la presse une force de 5 900 N, indi~uée par le cadran
Jl de la presse. ~es rondelles ~lastiques 21 fléchissent, les pièces
de àerrage étant pou~sées vers le bas. ~e9 tiges filetées 18
glis~ent dans les entretoises 22, empechant le moulage isolant 16
; de travailler ~ la compressio~. Une distance suffisante a été
. i
prévue entre le moulage isolant 16 et le radiateur 11 pour qu'en
.
~in de course, le moulage isolant 16 ne vienne toucher ni le
radiateur 11 ni l'entretoise 22. ~ai~sant la force précédente
appllquée, on visse les écrouæ 23 avec u~e clé pour mettre en
contact les entretoises, freins d'ecrous et écrous. ~a presse
Il '' .
. .
ne doit pas indiquer de variation de force pendant cette opera-
tion.
On serxe ensuite successivement à la clé chacun des
écrous 23, d'une valeur de 50 ~ indiquée par la rétrogradation
correspondante de l'aiguille du cadr~ de la presse. Cette ~a-
, leur de 50 N est choisie en fonction de la sensibilité de la
presse (1% environ). A la fin de l'opération, le cadran de la
I pres3e indique un effort de serrage xéduit à 5 750 N. ~a charge
~, réelle supportée par le boîtier est alors de 6 050 ~.
~0 On supprime l'actior. de la pxesse et la force réelle ,,
de serrage du boitier est réduite à 4700 N à cause d'un relâche-
me~t qui a pu etre ~esuré à l'aide d'une jauge. Ce rel~chement
systématique est d~ à la flexion finale des radiateurs, à l'allon-
;~ gement des tiges filetée~ et au tassement des pièces en contact.
On connaît donc de manière préci~e la force de serrage finale ;
exercée sur le boItier et on a véri~ié qu'elle se trouve dans la ,
plage indiquée par le constructeur.
On peut véri~ier par un montage d'essai comportan~ une
auge, que la force de serrage sur le boitier reste inchangée
après que la force de serrage de la presse a été ~upprimée, autre-
ment dit, que le relachement obser~é après la suppression de
; l'action de la presse n'est suivi d'aucun relâchement supplémen-
taire.,
vention ~'appli~ue particulièrement au montage de~
semi-conducteurs pour matériel embarqué de traction. ,,
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