FR2563379A1 - Assembly of semiconductor electronic devices mounted on a dissipator - Google Patents

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Abstract

The invention relates to an assembly comprising semiconductor electronic devices and a dissipator 7 on which are directly mounted the said devices in the form of bare chips 1, 3, 5, each of the latter being in contact with the dissipator through one of the electrodes which it includes. Two complementary assemblies and six diode chips enable a Graetz bridge to be produced, the three chips of one of the dissipators being soldered via their anode face and those of the other dissipator via their cathode face.

Description

ENSEMBLE DE DISPOSITIFS ELECTRONIQUES A SEMI-CONDUCTEURS
MONTES SUR RADIATEUR
L'invention se rapporte à un ensemble comprenant des dispositifs électroniques à semi-conducteurs et un radiateur sur lequel sont montés lesdits dispositifs.ASSEMBLY OF ELECTRONIC SEMICONDUCTOR DEVICES
MOUNTED ON RADIATOR
The invention relates to an assembly comprising semiconductor electronic devices and a radiator on which said devices are mounted.

Les dispositifs à semi-conducteurs tels que diodes, thyristors ou transistors qui dissipent en fonctionnement une puissance importante doivent être montés sur un radiateur de refroidissement. A cet effet, les bottiers renfermant les puces qui constituent les éléments#actifs de ces dispositifs sont fixés sur le radiateur, le plus souvent avec interposition d'une plaquette électriquement isolante. La présence de cette plaquette et du fond du bottier entre chaque puce et le radiateur introduit une résistance thermique qui entrave la transmission de la chaleur à ce dernier, ce qui oblige à utiliser un radiateur plus volumineux que ce qui serait strictement nécessaire. La masse du radiateur peut ainsi devenir excessive, en particulier dans le cas de circuits électroniques de puissance conçus pour des applications aéronautiques. Semiconductor devices such as diodes, thyristors or transistors which dissipate a large power during operation must be mounted on a cooling radiator. To this end, the shoemakers containing the chips which constitute the active elements of these devices are fixed to the radiator, most often with the interposition of an electrically insulating plate. The presence of this plate and of the bottom of the boot between each chip and the radiator introduces a thermal resistance which hinders the transmission of heat to the latter, which obliges to use a radiator larger than what would be strictly necessary. The mass of the radiator can thus become excessive, in particular in the case of electronic power circuits designed for aeronautical applications.

L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient dans les cas où, suivant leur schéma de connexion, les dispositifs à semi-conducteurs comportent des électrodes qui sont reliées électriquement en commun à une même borne. The object of the invention is to remedy this drawback in cases where, according to their connection diagram, the semiconductor devices comprise electrodes which are electrically connected in common to the same terminal.

Selon l'invention, les dispositifs à semi-conducteurs répondant à cette condition sont montés sous la forme de puces nues directement sur un même radiateur, chacune de celles-ci étant en contact avec le radiateur par une de ses faces correspondant à l'une des électrodes qu'elle comporte. Ces électrodes se trouvent réunies par la matière métallique du radiateur, avec laquelle les puces se trouvent directement en contact sans interpositlon d'aucun corps intermédiaire. La résistance thermique puee- radiateur est ainsi abaissée à une valeur quasiment nulle.Il est par suite possible, à pouvoir de refroidissement égal, de réduire de façon significative l'encombrement et le poids du radiateur, ce qui conduit à un ensemble électronique compact et léger. chacune des puces d'un tel ensemble est de préférence fixée par soudage ou brasage de ladite face sur le radiateur; son autre face peut etre munie d'une cosse de connexion soudée ou brasée. Il convient par ailleurs de protéger les puces fixées au radiateur par enrobage avec une matière isolante appropriée telle qu'une résine synthétique. According to the invention, the semiconductor devices meeting this condition are mounted in the form of bare chips directly on the same radiator, each of these being in contact with the radiator by one of its faces corresponding to one electrodes it contains. These electrodes are united by the metallic material of the radiator, with which the chips are in direct contact without the interpositlon of any intermediate body. The heat sink-radiator resistance is thus reduced to almost zero. It is therefore possible, with equal cooling power, to significantly reduce the size and weight of the radiator, which leads to a compact and compact electronic assembly. lightweight. each of the chips of such an assembly is preferably fixed by welding or brazing of said face on the radiator; its other face can be provided with a welded or brazed connection terminal. It should also protect the chips attached to the radiator by coating with a suitable insulating material such as a synthetic resin.

En pratique, les puces que porte le radiateur peuvent comprendre des diodes redresseuses, des thyristors ou redresseurs commandés, des transistors, etc. Dans le cas le plus simple, les puces que porte le radiateur seront identiques entre elles, l'électrode correspondant à la face de fixation en contact avec le radiateur étant la même pour toutes les puces. C'est ainsi qu'un ensemble selon l'invention peut constituer une moitié de pont redresseur ou onduleur polyphasé, formant un pont complet avec un second ensemble complémentaire de structure semblable. In practice, the chips carried by the radiator can include rectifying diodes, thyristors or controlled rectifiers, transistors, etc. In the simplest case, the chips carried by the radiator will be identical to each other, the electrode corresponding to the fixing face in contact with the radiator being the same for all the chips. Thus, an assembly according to the invention can constitute a half of a polyphase rectifier or inverter bridge, forming a complete bridge with a second complementary assembly of similar structure.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, en regard des dessins annexés, d'exemples de réalisation non limitatifs. Other characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly from the description which follows, with reference to the appended drawings, of nonlimiting exemplary embodiments.

La figure 1 représente le schéma d'un pont redresseur triphasé à six diodes. FIG. 1 represents the diagram of a three-phase rectifier bridge with six diodes.

La figure 2 illustre schématiquement l'agencement des diodes du pont de la figure 1 sur deux radiateurs conformément à l'invention. FIG. 2 schematically illustrates the arrangement of the diodes of the bridge of FIG. 1 on two radiators in accordance with the invention.

La figure 3 représente en plan l'un des radiateurs et les trois diodes qu'il porte. Figure 3 shows in plan one of the radiators and the three diodes it carries.

La figure 4 représente une coupe suivant la ligne IV-IV de l'objet de la figure 3. FIG. 4 represents a section along line IV-IV of the object of FIG. 3.

Les figures 5 et 6 illustrent, à la manière de la figure 2, l'application de l'invention respectivement à des thyristors et à des transistors. Figures 5 and 6 illustrate, in the manner of Figure 2, the application of the invention respectively to thyristors and transistors.

Le schéma représenté à la figure 1 est celui d'un circuit redresseur triphasé connu sous le nom de pont de Graetz. Il comporte Six diodes 1 à 6 et offre trois bornes d'entrées t1, 2, #3 auxquelles sont appliquées les phases d'un courant d'alimentation triphasé, et deux bornes de sortie A, B où-est délivré le courant redressé. S'agissant d'un redresseur de puissance, ses diodes nécessitent d'être refroidies par radiateur. The diagram shown in Figure 1 is that of a three-phase rectifier circuit known as the Graetz bridge. It has six diodes 1 to 6 and offers three input terminals t1, 2, # 3 to which the phases of a three-phase supply current are applied, and two output terminals A, B where the rectified current is delivered. Being a power rectifier, its diodes need to be cooled by a radiator.

On observe que les cathodes des diodes 1, 3, 5 sont reliées en commun à la borne A et que les anodes des diodes 2, 4, 6 sont reliées en commun à la borne B. Il est donc possible d'utiliser, pour le refroidissement des diodes, deux radiateurs 7, 8 métalliques, isolés électriquement l'un de l'autre (figure 2), le radiateur 7 recevant les diodes 1, 3, 5 et étant en contact électrique avec leurs cathodes, et le radiateur 8 recevant les diodes 2, #, 6 et étant en contact électrique avec leurs anodes, tandis que la borne A est connectée au radiateur 7 et la borne B au radiateur 8. It is observed that the cathodes of diodes 1, 3, 5 are connected in common to terminal A and that the anodes of diodes 2, 4, 6 are connected in common to terminal B. It is therefore possible to use, for the cooling of the diodes, two metal radiators 7, 8, electrically isolated from one another (FIG. 2), the radiator 7 receiving the diodes 1, 3, 5 and being in electrical contact with their cathodes, and the radiator 8 receiving the diodes 2, #, 6 and being in electrical contact with their anodes, while the terminal A is connected to the radiator 7 and the terminal B to the radiator 8.

Suivant les figures 3 et II, dans le radiateur 7, formé d'une plaque épaisse 7a garnie d'ailettes 7b, trois alvéoles 18 circulaires sont creusés pour recevoir les trois diodes 1, 3, 5. According to FIGS. 3 and II, in the radiator 7, formed of a thick plate 7a furnished with fins 7b, three circular cells 18 are hollowed out to receive the three diodes 1, 3, 5.

Celles-ci sont fixées sous la forme de puces de silicium nues par brasage à température moyenne de leur face correspondant à la cathode sur le fond des alvéoles 18. Sur leur face opposée, correspondant à l'anode, est brasée une cosse 9 dotée d'un manchon isolant 9a pour éviter tout contact électrique avec le radiateur 7. Les cosses de connexion 9 correspondent aux borne; de sortie #2, 93~
Les autres diodes 2, 4, 6 et leur radiateur 8 sont agencés de façon semblable. Toutefois, ce sont les faces des puces correspondant à l'anode qui sont ici brasées sur le fond des alvéoles creusés dans le radiateur, lequel assure la liaison électrique des anodes à la borne B.These are fixed in the form of bare silicon chips by soldering at medium temperature to their face corresponding to the cathode on the bottom of the cells 18. On their opposite face, corresponding to the anode, is soldered a terminal 9 provided with 'an insulating sleeve 9a to avoid electrical contact with the radiator 7. The connection lugs 9 correspond to the terminals; output # 2, 93 ~
The other diodes 2, 4, 6 and their radiator 8 are arranged in a similar fashion. However, it is the faces of the chips corresponding to the anode which are here brazed on the bottom of the cells hollowed out in the radiator, which ensures the electrical connection of the anodes to terminal B.

On réalise ainsi un montage des diodes 1 à 6 sur leurs radiateurs 7, 8 offrant une résistance thermique minimale, puisqu'aucun bottier individuel ou corps isolant électrique n'est mis en oeuvre entre chaque puce et le radiateur auquel elle est fixée. Le gain de résistance thermique entre chaque jonction de diode et l'atmosphère ambiante permet de réduire les dimensions des radiateurs, donc leur encombrement et leur poids. On peut en outre prévoir à l'intérieur de ceux-ci des canaux de circulation de fluide (air, eau, huile, ...) afin d'accroftre encore ltefficacité du refroidissement. Diodes 1 to 6 are thus mounted on their radiators 7, 8 offering minimum thermal resistance, since no individual boot or electrical insulating body is used between each chip and the radiator to which it is fixed. The gain in thermal resistance between each diode junction and the ambient atmosphere makes it possible to reduce the dimensions of the radiators, therefore their size and their weight. It is also possible to provide, inside these, fluid circulation channels (air, water, oil, etc.) in order to further increase the efficiency of the cooling.

Les alvéoles 18 peuvent recevoir une chemise cYlindrique 10 entourant les puces respectives- et-permettant d'assurer la protection de celles-ci par remplissage de l'espace limité par ces chemises et le fond des alvéoles avec une résine isolante 10a ou toute autre matière convenable. The cells 18 can receive a cylindrical jacket 10 surrounding the respective chips - and making it possible to protect them by filling the space limited by these shirts and the bottom of the cells with an insulating resin 10a or any other material. suitable.

Les figures 5 et 6 montrent une disposition analogue pour des circuits en pont composés non pas de diodes, mais respectivement de thyristors 11 à 16 et de transistors 21 à 26. FIGS. 5 and 6 show a similar arrangement for bridge circuits composed not of diodes, but of thyristors 11 to 16 and of transistors 21 to 26 respectively.

Dans le cas de la figure 5, pour un ensemble, les puces nues des thyristors 11, 13, 15 sont montées sur le radiateur 7 par brasage de leur face correspondant à la cathode, et pour l'ensemble complémentaire, celles des thyristors 12, 14, 16 sur le radiateur 8 par brasage de leur face correspondant à l'anode. Dans le cas de la figure 6, les puces nues des transistors 21-, 23, 25 sont montées sur le radiateur 7 par brasage de leur face correspondant au collecteur, et celles des transistors 22, 2#, 26 sur le radiateur 8 de l'ensemble complémentaire par brasage de leur face correspondant-à l'émetteur. La réunion des deux ensembles complémentaires de la figure 6 permet de réaliser un onduleur triphasé.  In the case of FIG. 5, for an assembly, the bare chips of the thyristors 11, 13, 15 are mounted on the radiator 7 by soldering of their face corresponding to the cathode, and for the complementary assembly, those of the thyristors 12, 14, 16 on the radiator 8 by brazing their face corresponding to the anode. In the case of FIG. 6, the bare chips of the transistors 21-, 23, 25 are mounted on the radiator 7 by soldering of their face corresponding to the collector, and those of the transistors 22, 2 #, 26 on the radiator 8 of l 'complementary assembly by soldering their face corresponding to the transmitter. The combination of the two complementary assemblies of FIG. 6 makes it possible to produce a three-phase inverter.

Claims (9)

REVENDICATIONS 1. Ensemble comprenant des dispositifs électroniques à semi-conducteurs et un radiateur sur lequel sont montés lesdits dispositifs, caractérisé par le fait que les dispositifs à semi-conducteurs sont montés sous la forme de puces nues (1 à 6) directement sur le radiateur (7, 8), chacune de celles-ci étant en contact avec le radiateur par une de ses faces correspondant à l'une des électrodes qu'elle comporte. 1. An assembly comprising semiconductor electronic devices and a radiator on which said devices are mounted, characterized in that the semiconductor devices are mounted in the form of bare chips (1 to 6) directly on the radiator ( 7, 8), each of these being in contact with the radiator by one of its faces corresponding to one of the electrodes which it comprises. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chacune des puces est fixée par soudage ou brasage de ladite face sur le radiateur. 2. Assembly according to claim 1, characterized in that each of the chips is fixed by welding or soldering of said face on the radiator. 3. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'autre face de la puce est munie d'une cosse de connexion (9) soudée ou brasée. 3. Assembly according to claim 2, characterized in that the other face of the chip is provided with a connection terminal (9) welded or brazed. 4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications i à 3 , caractérisé par le fait que les puces fixées au radiateur sont enrobées d'une matière isolante (10a) de protection. 4. Assembly according to any one of claims i to 3, characterized in that the chips fixed to the radiator are coated with an insulating material (10a) for protection. 5. Ensemble selon l'une quelconque des revendication 1 à 4, caractérisé par le fait que les puces que porte le radiateur comprennent des diodes redresseuses (1 à 6). 5. Assembly according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the chips carried by the radiator comprise rectifier diodes (1 to 6). 6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les puces que porte le radiateur comprennent des thyristors (11 à 16). 6. An assembly according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the chips carried by the radiator comprise thyristors (11 to 16). 7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les puces que porte le radiateur. 7. An assembly according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the chips carried by the radiator. comprennent des transistors (21 à 26).include transistors (21 to 26). 8. Ensemble selon l'une quelconque des nevendieations 1 à 7, caractérisé par le fait que les puces que porte le radiateur sont identiques entre elles et que l'électrode cornespondant à la face de fixation en contact avec le radiateur est la neume pour toutes les puces. 8. An assembly according to any one of nevendieations 1 to 7, characterized in that the chips carried by the radiator are identical to each other and that the electrode corresponding to the fixing face in contact with the radiator is the neutral for all fleas. 9. Ensemble selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'il constitue une moitié de pont redr#sseur ou onduleur polyphasé, formant un pont complet avec un second ensemble complémentaire de structure semblable.  9. The assembly of claim 8, characterized in that it constitutes a half bridge redr # sseur or polyphase inverter, forming a complete bridge with a second complementary set of similar structure.
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