CA1041223A - Procede pour le serrage d'un boitier de semi-conducteur de puissance monte entre deux radiateurs et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede - Google Patents

Procede pour le serrage d'un boitier de semi-conducteur de puissance monte entre deux radiateurs et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede

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CA1041223A
CA1041223A CA236,313A CA236313A CA1041223A CA 1041223 A CA1041223 A CA 1041223A CA 236313 A CA236313 A CA 236313A CA 1041223 A CA1041223 A CA 1041223A
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Abstract

L'invention concerne un procédé pour le serrage d'un boîtier de semi-conducteur de puissance monté entre deux radiateurs et le dispositif de serrage correspondant. Le boîtier est serré entre ses deux radiateurs et au moyen de deux plateaux circulaires orientables et à pivots centraux. Le système comporte trois pièces de serrage, chacune comprenant deux tiges filetées et réunies entre elles par un moulage isolant, ainsi que des rondelles élastiques tarées. Application au montage des semi-conducteurs pour matériel embarqué de traction.

Description

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. ,, ; . '' ' ' '' ~.' '. ' .
:' , :' .:," ' . .~ .
- . . ~ -' ~ 7 ~ ~ ,

Claims (2)

Les réalisations de l'invention au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:
1. Procédé pour le serrage d'un boîtier de semi-conduc-teur de puissance monte entre deux radiateurs caractérisé en ce que:
- on place ledit boîtier entre son radiateur supérieur et son radiateur inférieur, les surfaces de contact ayant été
préalablement usinées, - on applique sur les radiateurs, au moyen d'une presse à 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 façon 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 pièces de serrage avec un effort de serrage égal à environ un centième dudit effort de serrage final désiré et on contrôle l'égalité des trois efforts correspondants à l'aide du cadran de la presse, - on supprime enfin l'action de la presse.
2. Dispositif pour le serrage d'un boîtier de semi-conducteur de puissance monté entre deux radiateurs, caractérisé
en ce qu'il comporte:
- une presse à cadran;
- un premier plateau circulaire muni d'un pivot central à s partie supérieure et, à sa partie inférieure, de trois tiges à extrémités coniques, parallèles au pivot central et disposées aux sommets d'un triangle équilatéral centré sur ledit plateau, - un deuxième plateau circulaire, muni d'un pivot central à sa partie inférieure et d'une pièce de centrage à sa partie su-périeure, - deux crapaudines, l'une fixée sur la partie supérieure de la presse et recevant l'extrémité du pivot central du premier plateau, l'autre fixée sur la partie inférieure de la presse et recevant l'extrémité du pivot central du deuxième plateau, - trois pièces de serrage des deux radiateurs, chacune comprenant deux tiges filetées, réunies entre elles par un moulage.
isolant, ainsi que des rondelles élastiques tarées.
CA236,313A 1974-10-01 1975-09-25 Procede pour le serrage d'un boitier de semi-conducteur de puissance monte entre deux radiateurs et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede Expired CA1041223A (fr)

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