FR2855652A1 - Bloc a semi conducteur avec systeme de refroidissement - Google Patents

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Abstract

Un bloc à semiconducteur comporte des modules à semiconducteur et des éléments de refroidissement. Le module à semiconducteur comprend des dispositifs de puissance ayant une forme plate, la première électrode collée à la première surface de dispositif, la seconde électrode collée à la seconde surface de dispositif, la première borne connectée à un circuit de commande de dispositif, la seconde borne connectée à un circuit d'attaque de dispositif, et la résine de moulage unissant les dispositifs, la première électrode, la seconde électrode, la première borne et la seconde borne en un bloc. La résine de moulage est formée de manière à ce que la première face d'électrode et la seconde face d'électrode soient exposées. Les éléments de refroidissement prennent en sandwich les modules à semiconducteur par l'intermédiaire d'éléments isolants. Le bloc à semiconducteur comporte la première face d'électrode de la première électrode coplanaire de la première face de résine de la résine de moulage, et/ou la seconde face d'électrode de la seconde électrode coplanaire de la seconde face de résine de la résine de moulage.

Description

1 2855652
BLOC A SEMICONDUCTEUR AVEC SYSTEME DE REFROIDISSEMENT
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION 1. Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à un bloc à semiconducteur destiné à une commande de puissance, monté sur un véhicule.
2. Technique d'arrière-plan De façon classique, les véhicules tels que les véhicules électriques et les véhicules hybrides électriques sont 10 configurés pour rouler grâce à la propulsion d'un moteur électrique à courant alternatif embarqué par l'intermédiaire d'une conversion de courant continu en courant alternatif, du courant continu provenant d'une batterie en un courant alternatif par l'intermédiaire d'un convertisseur. Le 15 convertisseur comprend une pluralité de modules à semiconducteur. Chaque module à semiconducteur comporte un ou plusieurs dispositifs à semiconducteur, une paire de plaques d'électrodes des deux côtés des dispositifs à semiconducteur, et des bornes de raccordement connectant le module à semiconducteur 20 à un circuit de commande externe et à un circuit d'attaque. Le module à semiconducteur génère de la chaleur en raison des dispositifs à semiconducteur pendant le fonctionnement de celui-ci. Pour surmonter ce problème, une pluralité de procédés ont été proposés pour réprimer la génération de chaleur (par 25 exemple la première publication de brevet japonais N 2001-320 005 et la première publication de brevet japonais N 2002-95 267).
Un bloc à semiconducteur décrit dans la première publication de brevet japonais N 2001-320 005 est pris en sandwich par une 30 paire de tuyaux de refroidissement dans lesquels circule un agent de refroidissement. En outre, un élément isolant et/ou un matériau de conduction thermoconducteurs mou sont insérés entre le module à semiconducteur et le tuyau de refroidissement, et en appliquant une pression à l'élément isolant et au matériau 35 thermoconducteur mou, les performances de refroidissement du module à semiconducteur sont améliorées.
Par ailleurs, en ce qui concerne un bloc de refroidissement électronique décrit dans la première publication de brevet japonais N 2002-95 267, une paire de plaques d'électrodes d'un 40 semiconducteur est prise en sandwich par une paire de tuyaux de refroidissement par l'intermédiaire d'un élément métallique ou d'une plaque isolante qui présente un coefficient de dilatation linéaire proche de celui du semiconducteur. En conséquence, une rupture dans le plan du dispositif à semiconducteur et/ou de la 5 plaque isolante est évitée en même temps qu'une amélioration des performances de refroidissement.
Conformément aux blocs à semiconducteur décrits dans la première publication de brevet japonais N 2001-320 005 et la première publication de brevet japonais N 2002-95 267, les 10 contraintes dans la direction de la surface d'une paire de plaques d'électrodes des deux côtés d'un dispositif à semiconducteur varient suivant le chauffage et le refroidissement du module à semiconducteur. Par exemple, de l'aluminium, qui est un assez bon matériau conducteur thermique, 15 est utilisé pour fabriquer le tuyau de refroidissement en général. Cependant, le coefficient de dilatation linéaire de l'aluminium est plus grand que celui du module à semiconducteur et de la céramique, telle que la plaque isolante. Comme les tuyaux de refroidissement prenant en sandwich le module à 20 semiconducteur sont fixés avec un boulon traversant constitué par exemple d'acier, une contrainte sur le dispositif à semiconducteur situé entre les deux plaques d'électrodes, qui sont prises en sandwich par les tuyaux de refroidissement, est augmentée par le chauffage ou le refroidissement de son module à 25 semiconducteur. Comme dans le cas de la première publication de brevet japonais N 2001-320 005, si le module à semiconducteur est moulé, une force qui pousse la plaque d'électrode vers le tuyau de refroidissement est ajoutée par une partie de la résine de moulage car le coefficient de dilatation linéaire de la 30 résine de moulage est plus grand que celui du métal. Donc, des contraintes répétées sur le dispositif à semiconducteur, par exemple par le chauffage et le refroidissement, sont augmentées, et il en résulte que la durée de vie du dispositif à semiconducteur est diminuée.
Si la valeur initiale de la contrainte sur la plaque d'électrode est diminuée lorsqu'un véhicule est à l'arrêt, en tant que contre-mesure pour surmonter le problème ci-dessus, la force de fixation du module à semiconducteur est également diminuée. En outre, un bloc de convertisseur est dans un 40 environnement vibratoire lorsque le véhicule circule, de ce fait 3 2855652 la vibration du module à semiconducteur fixé avec du jeu est augmentée lorsque la dilatation de la résine de moulage provoquée par la génération de chaleur du dispositif à semiconducteur est encore faible. Alors, les bornes de connexion 5 qui relient le module à semiconducteur à un circuit de commande externe et à un circuit d'attaque sont déformées, ce qui résulte ainsi en un court-circuit entre les bornes ou une rupture du fil. Une augmentation de la rigidité et/ou de la mise en place d'une courbure tampon peuvent être des contre-mesures pour ce 10 problème. Cependant, un coûit de fabrication supplémentaire du bloc à semiconducteur peut en résulter.
Dans le cas d'un module à semiconducteur sans moulage, tel que décrit dans la première publication de brevet japonais N 2002-95 267, le problème d'augmentation de la contrainte est 15 en outre multiplié au niveau des parties jointes (par exemple une partie jointe avec la soudure) entre le dispositif à semiconducteur et les bornes de connexion externes en raison de la vibration du module à semiconducteur et par conséquent, une fiabilité diminuée en résultera.

Claims (4)

    RESUME DE L'INVENTION La présente invention a été réalisée en prenant en compte le problème cidessus de la technique d'arrière-plan. C'est de ce fait un objectif de la présente invention de procurer un bloc à semiconducteur à faible coût et à haute fiabilité, monté sur des 25 véhicules. Conformément à la première caractéristique de la présente invention, le bloc à semiconducteur de la présente invention comporte un module à semiconducteur et des éléments de refroidissement. Le module à semiconducteur comprend un 30 dispositif de puissance à semiconducteur à forme sensiblement plate, la première plaque d'électrode collée d'un côté (le premier côté) du dispositif de puissance à semiconducteur, la seconde plaque d'électrode collée à l'autre côté (le second côté) du dispositif de puissance à semiconducteur, la première 35 borne de connexion reliée électriquement à un circuit de commande afin de commander le dispositif de puissance à semiconducteur, la seconde borne de connexion reliée électriquement à un circuit d'attaque destiné à attaquer le dispositif de puissance à semiconducteur, et une résine de 40 moulage combinant le dispositif de puissance à semiconducteur, la première plaque d'électrode, la seconde plaque d'électrode, la première borne de connexion, et la seconde borne de connexion en un bloc. La résine de moulage est formée de façon à ce que la première face d'électrode de la première plaque d'électrode et 5 la seconde face d'électrode de la seconde plaque d'électrode ne soit pas recouverte par la résine de moulage. La forme du module à semiconducteur est sensiblement plane. Les éléments de refroidissement prennent en sandwich le module à semiconducteur par l'intermédiaire d'éléments isolants. C'est-à-dire que les 10 éléments de refroidissement sont situés des deux côtés du module à semiconducteur de forme plane. Une configuration caractéristique de la présente invention consiste à disposer la première face d'électrode de la première plaque d'électrode et/ou la seconde face d'électrode de la 15 seconde plaque d'électrode de manière à ce que la première face d'électrode soit coplanaire de la première face de résine de la résine de moulage, et/ou que la seconde face d'électrode soit coplanaire avec la seconde face de résine de la résine de moulage. Le fait de former la première face d'électrode 20 coplanaire de la première face de résine signifie que la première face d'électrode, qui est la face de la première plaque d'électrode exposée d'un côté du module à semiconducteur mentionné ci-dessus, et que la première face de résine, qui est la face de la résine de moulage mentionnée ci-dessus exposée 25 audit premier côté du module à semiconducteur, sont réalisées pour être dans le même plan. Le fait de former la seconde face d'électrode coplanaire de la seconde face de résine signifie que la seconde face d'électrode, qui est la face de la seconde plaque d'électrode exposée à l'autre côté du module à 30 semiconducteur mentionné ci-dessus, et que la seconde face de résine, qui est la face de la résine de moulage mentionnée ci-dessus et exposée audit autre côté du module à semiconducteur, sont réalisées pour être dans le même plan. La résine de moulage, qui présente le plus grand coefficient 35 de dilatation linéaire parmi tous les éléments composant le module à semiconducteur, se dilate dans une direction qui peut produire une contrainte sur le module à semiconducteur lorsque de la chaleur est générée dans le dispositif à semiconducteur. Mais la contrainte est absorbée par la résine de moulage 40 dilatée. Donc, la première plaque d'électrode, la seconde plaque 2855652 d'électrode, et le dispositif à semiconducteur collé aux plaques d'électrodes ne reçoivent pas directement la contrainte. Il en résulte que la durée de vie du dispositif à semiconducteur est empêchée de se dégrader en raison des contraintes répétées. En 5 outre, une fixation fiable du module à semiconducteur est obtenue. Bien entendu, il n'existe pas de coût supplémentaire dû à des contre-mesures anti-vibration telles qu'une augmentation de la rigidité ou une structure plus complexe. En rendant la première face d'électrode coplanaire de la première face de 10 résine, ou bien la seconde face d'électrode coplanaire de la seconde face de résine, les avantages décrits dans ce qui précède par rapport à la technique antérieure sont obtenus. Si les deux agencements sont réalisés, c'est-àdire si la première face d'électrode est coplanaire de la première face de résine et 15 la seconde face d'électrode est également coplanaire de la seconde face de résine, il devrait en résulter d'autant plus d'avantages. Conformément à la seconde caractéristique de la présente invention, la première face de résine de la résine de moulage 20 est configurée pour dépasser de la première face d'électrode de la première plaque d'électrode, et/ou la seconde face de résine de la résine de moulage est configurée pour dépasser de la seconde face d'électrode de la seconde plaque d'électrode lorsque le dispositif à semiconducteur est en service, d'o il 25 résulte que l'efficacité des avantages est assurée. Conformément à la troisième caractéristique de la présente invention, la résine de moulage est configurée particulièrement pour entourer tout le périmètre de la première face d'électrode de la première plaque d'électrode et/ou la seconde face 30 d'électrode de la seconde plaque d'électrode, en conséquence le module à semiconducteur est fixé fermement par la résine de moulage expansée avec une zone de contrainte plus grande lorsque le dispositif à semiconducteur génère de la chaleur en service. Conformément à la quatrième caractéristique de la présente 35 invention, un matériau thermiquement conducteur est collé, au moins sur la première face d'électrode de la première plaque d'électrode, et également la première rainure est formée sur la résine de moulage à la fois du côté de la première borne de connexion et du côté de la seconde borne de connexion d'au moins 40 la première face d'électrode de la première plaque d'électrode.
  1. 6 2855652 En général, une graisse thermique (c'est-à-dire un matériau thermiquement conducteur) est interposée entre l'électrode et l'élément isolant pour augmenter la conduction thermique. La graisse thermique est par exemple une pâte de particules 5 d'argent, qui est un matériau électriquement conducteur, et présente une caractéristique de dissipation thermique supérieure à l'oxyde de zinc ou aux particules d'alumine du fait qu'un matériau électriquement conducteur présente une forte conductivité thermique. Cependant, un matériau électriquement 10 conducteur n'est pas utilisé pour la graisse thermique en général pour les raisons suivantes. L'élément isolant est pressé sur le module à semiconducteur pour diminuer l'épaisseur de la graisse pour qu'elle soit aussi mince que possible afin de réduire la résistance thermique de la graisse. Donc, la graisse 15 est repoussée autour de la plaque d'électrode. Alors, si une graisse thermique électriquement conductrice est utilisée, un court-circuit peut en résulter entre les plaques d'électrodes et les bornes de connexion du module à semiconducteur par l'intermédiaire de la graisse thermique. Même si la graisse 20 n'entre pas en contact avec les bornes de connexion du module à semiconducteur, un court-circuit peut également se produire lorsque la distance entre la graisse qui a fui et les bornes de connexion est faible, c'est-à-dire lorsque la distance de fuite de l'isolement n'est pas suffisante, en formant progressivement 25 une ligne conductrice, que l'on appelle "guidage", sur la surface du module à semiconducteur par l'application d'une haute tension.
    Cependant, comme la première rainure est formée sur la première face de résine de la résine de moulage conformément à 30 la présente invention, le matériau thermiquement conducteur collé sur la première plaque d'électrode est empêché de fuir vers la première borne de connexion et la seconde borne de connexion. Ceci est dûi au fait que le matériau thermiquement conducteur collé sur la première plaque d'électrode, qui a fui 35 de celle-ci, reste alors dans la première rainure. Par exemple, si la première borne de connexion et la seconde borne de connexion sont prolongées dans la même direction, au moins la première rainure devrait être formée entre la première face d'électrode de la première plaque d'électrode et la première 40 ainsi que la seconde bornes de connexion. Par ailleurs, si la première borne de connexion et la seconde borne de connexion sont prolongées vers les directions opposées l'une à l'autre en ce qui concerne la première plaque d'électrode, au moins la première rainure devait être formée entre la première plaque 5 d'électrode et la première borne de connexion, et également entre la première plaque d'électrode et la seconde borne de connexion. Dans ce cas, la première rainure est divisée en deux rainures séparées sensiblement parallèles l'une à l'autre et coplanaires de la première face d'électrode. La première rainure 10 n'est pas limitée à une forme droite. Une rainure incurvée est également possible.
    Conformément à la cinquième caractéristique de la présente invention, en outre, un matériau thermiquement conducteur est collé sur au moins la seconde face d'électrode de la seconde 15 plaque d'électrode, et également la seconde rainure est formée sur la résine de moulage au moins sur à la fois le côté de la première borne de connexion et le côté de la seconde borne de connexion de la seconde face d'électrode de la seconde plaque d'électrode. Grâce à la seconde rainure, le matériau 20 thermiquement conducteur collé sur la seconde plaque d'électrode est empêché de fuir vers la première borne de connexion et la seconde borne de connexion exactement de la même manière que la première rainure. Ceci est dû au fait que le matériau thermiquement conducteur collé sur la seconde plaque 25 d'électrode, qui a fui de celle-ci, reste alors dans la seconde rainure. Par exemple, si la première borne de connexion et la seconde borne de connexion sont prolongées dans la même direction, la seconde rainure devrait être formée au moins entre la seconde face d'électrode de la seconde plaque d'électrode et 30 la première ainsi que la seconde bornes de connexion. En revanche, si la première borne de connexion et la seconde borne de connexion sont prolongées dans les directions opposées l'une à l'autre en ce qui concerne la seconde plaque d'électrode, la seconde rainure devrait être formée au moins entre la seconde 35 plaque d'électrode et la première borne de connexion, et entre la seconde plaque d'électrode et la seconde borne de connexion.
    Dans ce cas, la seconde rainure est divisée en deux rainures séparées sensiblement parallèles l'une à l'autre et coplanaires de la seconde face d'électrode. La seconde rainure n'est pas limitée à une forme droite. Une rainure incurvée est également possible.
    Conformément à la sixième caractéristique de la présente invention, la première rainure est caractérisée en ce qu'elle 5 est formée de façon à entourer tout le périmètre de la première face d'électrode de la première plaque d'électrode. Avec cette caractéristique, le matériau thermiquement conducteur est empêché de fuir vers l'extérieur de la première rainure sur la première face de résine de la résine de moulage. Il en résulte 10 que le matériau thermiquement conducteur collé sur la première face d'électrode est empêché de fuir vers la première borne de connexion et la seconde borne de connexion au point de provoquer une panne.
    En outre, conformément à la septième caractéristique de la 15 présente invention, la seconde rainure est caractérisée en ce qu'elle est configurée pour entourer tout le périmètre de la seconde face d'électrode de la seconde plaque d'électrode. Avec cette caractéristique, le matériau thermiquement conducteur est empêché de fuir vers l'extérieur de la seconde rainure sur la 20 seconde face de résine de la résine de moulage. En conséquence, le matériau thermiquement conducteur collé sur la seconde face d'électrode est empêché de fuir vers la première borne de connexion et la seconde borne de connexion au point de provoquer une panne.
    Conformément à la huitième caractéristique de la présente invention, le matériau thermiquement conducteur est caractérisé en ce qu'il est fait d'un matériau électriquement conducteur.
    Comme décrit dans ce qui précède, il a été difficile d'utiliser un matériau électriquement conducteur pour un matériau 30 thermiquement conducteur. Cependant, même si le matériau thermiquement conducteur fait d'un matériau électriquement conducteur est collé sur la première face d'électrode de la première plaque d'électrode, un court-circuit entre la première plaque d'électrode et les bornes d'électrodes est évité lorsque 35 la première rainure est formée sur la première face de résine.
    Egalement, même si le matériau thermiquement conducteur fait d'un matériau électriquement conducteur est collé sur la seconde face d'électrode de la seconde plaque d'électrode, un courtcircuit entre la seconde plaque d'électrode et les bornes 40 d'électrodes est empêché lorsque la seconde rainure est formée sur la seconde face de résine. Donc, un matériau plus thermiquement conducteur que précédemment, fait d'un matériau électriquement conducteur, peut être utilisé comme on l'a décrit. Donc, la dissipation thermique efficace d'un module à semiconducteur est obtenue.
    Conformément à la neuvième caractéristique de la présente invention, la première surface de module et la seconde surface de module du module à semiconducteur (les deux côtés des surfaces planes d'un module à semiconducteur de forme plane) 10 sont caractérisées en ce qu'elles sont sensiblement parallèles l'une à l'autre. Il en résulte que ceci assure une zone de contrainte suffisante opposée à la paire d'éléments de refroidissement qui sont disposés pour être face aux deux surfaces planes du module à semiconducteur. Alors, une fixation 15 correcte du module à semiconducteur est obtenue. Les mots "sensiblement parallèles" dans ce qui précède signifient que le parallélisme entre les deux surfaces planes du module à semiconducteur est maintenu à moins de 0,4 mm. Un parallélisme en dessous de 0,2 mm est souhaitable. Un parallélisme en dessous 20 de 0,1 mm peut réduire de façon importante la contrainte. Le parallélisme est défini par deux plans parallèles séparés d'une distance spécifiée et parallèles à un plan de référence à l'intérieur duquel l'élément linéaire de la surface de la caractéristique considérée doit être situé (normes JIS B0021:1998, ISO/DIS1101-1:96 IDT). De ce fait, si un élément linéaire d'une surface est situé entre deux plans imaginaires séparés d'une distance de L mm et est parallèle à un plan de référence ou plan idéal, le parallélisme de la surface est de L mm.
    Conformément à la dixième caractéristique de la présente invention, le bloc à semiconducteur comprend une pluralité des modules à semiconducteur pratiquement de mêmes épaisseurs définis entre ladite première surface de module et ladite seconde surface de module (c'est-à-dire les distances entre 35 lesdites deux surfaces planes), et sont pris en sandwich par une paire d'éléments de refroidissement. Avec la configuration ci-dessus, une zone de contrainte suffisante entre la pluralité de modules à semiconducteur et les éléments de refroidissement est assurée. Alors, une fixation correcte de la pluralité de 40 modules à semiconducteur est obtenue. Les mots "sensiblement de 0lo 2855652 mêmes épaisseurs" dans ce qui précède indiquent par exemple qu'une erreur sur l'épaisseur de chaque module à semiconducteur par rapport à la valeur moyenne de la pluralité de modules à semiconducteur est dans une tolérance de 2 %. Pour donner un 5 nombre réel, en dessous de 0,05 mm est souhaitable pour la tolérance de l'épaisseur.
    Conformément à la onzième caractéristique de la présente invention, le bloc à semiconducteur est caractérisé en ce qu'il est configuré de manière à ce que le bloc à semiconducteur 10 comprenne une pluralité de modules à semiconducteur attaquant la même phase, et en ce que la résine de moulage combine les dispositifs de puissance à semiconducteur, la première plaque d'électrode, la seconde plaque d'électrode, la première borne de connexion, et la seconde borne de connexion en un bloc. Il en 15 résulte que le procédé de fabrication peut être simplifié alors qu'une fixation correcte est obtenue, ce qui résulte en une réduction des coûts de fabrication.
    Conformément à la douzième caractéristique de la présente invention, l'élément de refroidissement est caractérisé par un 20 tuyau de refroidissement comportant des lignes d'écoulement dans lesquelles un agent de refroidissement circule. De ce fait, la montée en température du module à semiconducteur est réprimée, ce qui résulte en une durée de vie prolongée du dispositif à semiconducteur.
    Conformément à la treizième caractéristique de la présente invention, l'élément de refroidissement est également caractérisé en ce qu'il est fait d'aluminium. Donc, un refroidissement efficace du module à semiconducteur est obtenu.
    Conformément à la quatorzième caractéristique de la présente 30 invention, le bloc à semiconducteur est caractérisé en ce qu'il est configuré de manière à ce que le bloc à semiconducteur comprenne une pluralité de modules à semiconducteur et une pluralité d'éléments de refroidissement, et en ce que le module à semiconducteur et l'élément de refroidissement sont empilés 35 l'un au-dessus de l'autre. En conséquence, le refroidissement du module à semiconducteur est exécuté efficacement, et la fiabilité de fixation du module à semiconducteur est assurée. En outre, par exemple, comme une absorption de chaleur efficace est réalisée avec les deux surfaces de l'élément de refroidissement, 40 le nombre des composants du bloc à semiconducteur peut être il 2855652 réduit, ce qui résulte donc en une réduction des coûts de fabrication.
    BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
    La présente invention sera plus complètement comprise 5 d'après la description détaillée donnée ci-dessous et d'après les dessins annexés du mode de réalisation préféré de l'invention, qui cependant ne devraient pas être considérés comme limitant l'invention au mode de réalisation spécifique, mais n'ont pour but qu'une explication et une compréhension. 10 Sur les dessins: La figure 1 est une vue en perspective d'un module à semiconducteur du premier mode de réalisation, La figure 2 est une vue en coupe transversale d'un bloc à semiconducteur du premier mode de réalisation, La figure 3 est une vue en coupe transversale partielle d'un module à semiconducteur du premier mode de réalisation lors d'une génération de chaleur en service, La figure 4 est une vue en coupe transversale d'un bloc à semiconducteur de la technique d'arrière-plan, La figure 5 est une vue en perspective d'un module à semiconducteur du second mode de réalisation, La figure 6 est une vue en coupe transversale d'un bloc à semiconducteur du second mode de réalisation, La figure 7 est un schéma synoptique représentant un circuit 25 de convertisseur comprenant un module à semiconducteur du premier mode de réalisation, La figure 8 est une vue en coupe transversale d'un bloc à semiconducteur du troisième mode de réalisation, La figure 9 est une vue en perspective d'un module à 30 semiconducteur de l'une des autres modifications, La figure 10 est une vue en coupe transversale d'un module à semiconducteur d'une modification du troisième mode de réalisation, La figure 11 est une vue en perspective d'un module à 35 semiconducteur d'une modification du second mode de réalisation, La figure 12 est une vue en perspective d'un module à semiconducteur constitué d'une pluralité d'ensembles du dispositif de puissance à semiconducteur.
    DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES
    (Premier mode de réalisation) En se référant aux figures 1 à 3, le premier mode de réalisation de la présente invention est décrit ci- dessous.
    Un agencement d'un bloc à semiconducteur SU du premier mode de réalisation est décrit en se référant à la figure 1 et à la figure 2. La figure 1 est une vue en perspective d'un module à semiconducteur devant être placé dans le bloc à semiconducteur SU du premier mode de réalisation. La figure 2 représente une 10 vue en coupe transversale du bloc à semiconducteur SU du premier mode de réalisation.
    Comme indiqué sur la figure 1 et la figure 2, le bloc à semiconducteur SU comprend le module à semiconducteur 1, des éléments isolants 5, et des tuyaux de refroidissement (éléments 15 de refroidissement) 6. Le module à semiconducteur 1 comporte des dispositifs à semiconducteur et des plaques d'électrodes qui supportent les dispositifs à semiconducteur. Les dispositifs à semiconducteur comprennent le premier dispositif à semiconducteur 10 et le second dispositif à semiconducteur 11. 20 Les plaques d'électrodes comportent une paire de plaques d'électrodes 2 et 3 qui prennent en sandwich les dispositifs à semiconducteur. En particulier, le module à semiconducteur 1 comprend le premier dispositif à semiconducteur 10, le second dispositif à semiconducteur 11, une plaque d'électrode 25 supérieure 2 (la première plaque d'électrode), une plaque d'électrode inférieure 3 (la seconde plaque d'électrode), une borne d'électrode d'attaque supérieure 20 (la première borne de connexion), une borne d'électrode d'attaque inférieure 30 (la seconde borne de connexion), des bornes d'électrodes de commande 30 12 (la première borne de connexion), des fils de liaison 120, et une résine de moulage 4. Le module à semiconducteur 1 présente une forme sensiblement plane dans l'ensemble.
    Le premier dispositif à semiconducteur 10 est par exemple un transistor bipolaire à grille isolée (IGBT) de forte puissance. 35 Le second dispositif à semiconducteur 11 est par exemple une diode à effet de volant. La plaque d'électrode supérieure 2 est une plaque d'électrode collée sur le côté supérieur du premier dispositif à semiconducteur 10 et du second dispositif à semiconducteur 11, par exemple avec de la soudure. La plaque 40 d'électrode inférieure 3 est une plaque d'électrode collée du 13 2855652 côté inférieur du premier dispositif à semiconducteur 10 et du second dispositif à semiconducteur 11, par exemple avec de la soudure. La borne d'électrode d'attaque supérieure 20, qui s'étend depuis la plaque d'électrode supérieure 2, est une borne 5 reliée électriquement à un circuit d'attaque destiné à attaquer le premier dispositif à semiconducteur 10 et le second dispositif à semiconducteur 11. La borne d'électrode d'attaque inférieure 30, qui s'étend depuis la plaque d'électrode inférieure 3, est également une borne reliée électriquement à un 10 circuit d'attaque destiné à attaquer le premier dispositif à semiconducteur 10 et le second dispositif à semiconducteur 11.
    Les bornes d'électrodes de commande 12 sont des bornes reliées électriquement à un circuit de commande (non représenté) destiné à commander le premier dispositif à semiconducteur 10. Les fils 15 de liaison 120 sont des lignes de signaux reliant électriquement le premier dispositif à semiconducteur 10 et les bornes d'électrodes de commande 12. La résine de moulage 4 unit le premier dispositif à semiconducteur 10, le second dispositif à semiconducteur 11, la plaque d'électrode supérieure 2, la plaque 20 d'électrode inférieure 3, la borne d'électrode d'attaque supérieure 20, la borne d'électrode d'attaque inférieure 30, les bornes d'électrodes de commande 12, et les fils de liaison 120 dans un bloc. Cependant, la première surface d'électrode (la face supérieure) de la plaque d'électrode supérieure 2 et la 25 seconde surface d'électrode (la face inférieure) de la plaque d'électrode inférieure 3 sont exposées.
    Comme indiqué sur la figure 2, la surface plane supérieure du module à semiconducteur plan 1 (la surface plane supérieure de la première surface de module) comprend la première face 30 d'électrode exposée de la plaque d'électrode supérieure 2 et la première face de résine de la résine de moulage 4 qui entoure l'électrode supérieure 2. La face exposée supérieure de la plaque d'électrode supérieure 2 est configurée pour être sensiblement coplanaire de la face de résine supérieure de la 35 résine de moulage 4 dans le processus de fabrication du module à semiconducteur 1. Par ailleurs, la surface plane inférieure du module à semiconducteur plan 1 (une surface plane du côté inférieur, c'est-à-dire la seconde surface de module) comprend une face exposée inférieure (la seconde face d'électrode) de la 40 plaque d'électrode inférieure 3 et la face de résine inférieure 14 2855652 (la seconde face de résine) de la résine de moulage 4 qui entoure et enferme la plaque d'électrode inférieure 3. La face exposée inférieure de la plaque d'électrode inférieure 3 est configurée pour être sensiblement coplanaire de la face de 5 résine inférieure de la résine de moulage 4 dans le processus de fabrication du module à semiconducteur 1. Pour amener la face exposée supérieure de la plaque d'électrode supérieure 2 à être sensiblement coplanaire de la face de résine supérieure de la résine de moulage 4 et la face exposée inférieure de la plaque 10 d'électrode inférieure 3 à être sensiblement coplanaire de la face de résine inférieure de la résine de moulage 4, ceci peut être obtenu soit par une matrice de moulage ajustée de façon précise uniquement, soit par découpe de l'excès de résine après le moulage.
    Dans les deux surfaces parallèles du semiconducteur 1, la résine de moulage 4 est présente au moins sur deux faces opposées du dispositif à semiconducteur et de l'électrode. Dans ce mode de réalisation, la résine de moulage 4 est formée de façon à entourer complètement le périmètre des semiconducteurs 20 10 et 11 et des plaques d'électrodes 2 et 3. C'est-àdire que la résine de moulage 4 est présente sur les côtés gauche, droit, avant et arrière des semiconducteurs 10 et 11 et des plaques d'électrodes 2 et 3. Une pluralité de bornes d'électrodes de commande 12 et les bornes d'électrodes d'attaque 20 et 30 sont 25 réparties à la périphérie du module à semiconducteur 1. Dans ce mode de réalisation, une pluralité de bornes sont réparties à la fois sur les côtés gauche et droit ou bien à la fois sur les côtés avant et arrière du module à semiconducteur 1. En particulier, à la fois la borne d'électrode d'attaque supérieure 30 20 et la borne d'électrode d'attaque inférieure 30 sont agencées pour s'étendre sur un côté du module à semiconducteur 1. En revanche, les bornes d'électrodes de commande 12 sont disposées pour s'étendre de l'autre côté du module à semiconducteur 1.
    C'est-à-dire que la direction d'extension des deux bornes 35 d'électrodes d'attaque 20 et 30 est opposée à la direction des bornes d'électrodes de commande 12.
    Une paire d'éléments isolants 5 sont disposés pour être face à la surface plane supérieure (la première surface de module) et la surface plane inférieure (la seconde surface de module) du 40 module à semiconducteur 1. C'est-à-dire que le module à 2855652 semiconducteur 1 est pris en sandwich par la paire d'éléments isolants 5. L'élément isolant 5 est une plaque ouun film fait par exemple de nitrure d'aluminium ou de nitrure de silicium.
    Une faible quantité de graisse thermique GR (un matériau thermiquement conducteur) est appliquée sur la face supérieure exposée de la plaque d'électrode supérieure 2 et la face inférieure exposée de la plaque d'électrode inférieure 3. La dissipation de chaleur est améliorée par la graisse thermique GR. Par exemple, des particules d'oxyde de zinc et/ou d'alumine 10 électriquement non-conductrices sont utilisées pour le matériau de la graisse thermique GR. La raison de l'utilisation d'un matériau électriquement non-conducteur est décrite ci-dessous.
    Si une graisse électriquement conductrice est utilisée, et si la graisse fuit hors de l'intervalle entre le module à 15 semiconducteur 1 et l'élément isolant 5, un court-circuit peut en résulter entre au moins l'une des plaques d'électrodes supérieure et inférieure 2 et 3, et au moins l'une de la borne d'électrode d'attaque supérieure 20, de la borne d'électrode d'attaque inférieure 30, et des bornes d'électrodes de commande 20 12. Donc, pour éviter le court-circuit, un matériau nonconducteur est employé pour la graisse thermique GR.
    Une paire de tuyaux de refroidissement 6 sont disposés pour être faces à la surface plane supérieure (la première surface de module) et la surface plane inférieure (la seconde surface de 25 module) du module à semiconducteur 1 par l'intermédiaire des éléments isolants 5. C'est-à-dire que le module à semiconducteur 1 et les éléments isolants 5 sont pris en sandwich par la paire de tuyaux de refroidissement 6. Le tuyau de refroidissement 6 comporte des lignes d'écoulement de refroidissement 60 au 30 travers desquelles un agent de refroidissement, par exemple de l'eau, circule. Le tuyau de refroidissement 6 est fait d'un matériau métallique à bonne conduction thermique tel que de l'aluminium.
    La figure 2 est une vue en coupe transversale éclatée du 35 bloc à semiconducteur SU de ce mode de réalisation. Elle représente des coupes transversales du module à semiconducteur 1, la paire d'éléments isolants 5, et la paire de tuyaux de refroidissement 6. Comme indiqué, les éléments isolants 5 sont disposés des deux côtés de la surface du module à semiconducteur 40 1. L'élément isolant 5 est étroitement en contact avec la 16 2855652 surface du module à semiconducteur 1. Une graisse thermique GR peut être appliquée sur la surface entre le module à semiconducteur 1 et l'élément isolant 5. En outre, le tuyau de refroidissement supérieur 6 est en contact étroit avec la 5 surface extérieure de l'élément isolant supérieur 5. Le tuyau de refroidissement inférieur 6 est également en contact étroit avec la surface inférieure de l'élément isolant inférieur 5. La paire des tuyaux de refroidissement 6 peut être fixée à l'avance en utilisant par exemple des boulons avec un espace prédéterminé 10 entre les deux tuyaux de refroidissement 6. L'espace formé par la paire de tuyaux de refroidissement 6 présente une hauteur et une surface destinées à inclure la paire d'éléments isolants 5 et le module à semiconducteur 1 dans celles-ci. L'espace entre la paire des tuyaux de refroidissement 6 est configuré de 15 manière à ce que la paire des tuyaux de refroidissement 6, la paire des éléments isolants 5, et le module à semiconducteur 1 soient étroitement en contact les uns avec les autres. Sur la figure 2, la paire d'éléments isolants 5 et le module à semiconducteur 1 sont pris en sandwich et fixés avec une 20 pression constante par la paire de tuyaux de refroidissement 6.
    Sur la figure 2, une paire de flèches "F" montre les directions de la force de contrainte exercée par la paire de tuyaux de refroidissement 6.
    Ensuite, le fonctionnement du bloc à semiconducteur SU 25 disposé selon ce qui précède est décrit ci-dessous, lorsque le premier dispositif à semiconducteur 10 et le second dispositif à semiconducteur 11 génèrent de la chaleur. La figure 3 représente une vue en coupe transversale partielle du module à semiconducteur 1 lorsque le module à semiconducteur 1 génère de 30 la chaleur.
    Comme indiqué sur la figure 2, la face supérieure exposée de la plaque d'électrode supérieure 2 et la face de résine supérieure de la résine de moulage 4 sont configurées de façon sensiblement coplanaire l'une de l'autre et la face inférieure 35 exposée de la plaque d'électrode inférieure 3 et la face de résine inférieure de la résine de moulage 4 sont également formées de façon sensiblement coplanaire l'une de l'autre dans le processus de fabrication du module à semiconducteur 1. Si le premier dispositif à semiconducteur 10 et le second dispositif à 40 semiconducteur 11 sont rendus conducteurs, les dispositifs génèrent donc de la chaleur, la chaleur est transportée vers la plaque d'électrode supérieure 2, la plaque d'électrode inférieure 3 et la résine de moulage 4. Le coefficient de dilatation linéaire de la résine de moulage 4 est plus grand que 5 celui des plaques d'électrodes 2 et 3. Par conséquent, pour la raison ci-dessus, comme indiqué sur la figure 3, la résine de moulage 4 se dilate plus, par comparaison aux plaques d'électrodes 2 et 3, dans le sens de l'épaisseur, que l'épaisseur (la direction perpendiculaire à la surface du module 10 à semiconducteur 1 de la figure 2) du module à semiconducteur 1.
    La chaleur des dispositifs à semiconducteur 10 et 11 est alors également transférée vers les tuyaux de refroidissement 6, faits d'aluminium, par l'intermédiaire de la plaque d'électrode supérieure 2, de la plaque d'électrode inférieure 3, et de la 15 résine de moulage 4. Il en résulte que les tuyaux de refroidissement 6 se dilatent également.
    Lorsque le module à semiconducteur 1 est en fonctionnement, la chaleur générée provoque une expansion du module à semiconducteur 1 et des tuyaux de refroidissement6, résultant en 20 une force de contrainte qui est absorbée par la résine de moulage dilatée 4 du moule à semiconducteur 1. Il en résulte que la plaque d'électrode supérieure 2 et la plaque d'électrode inférieure 3 sont pratiquement dépourvues de contrainte. De cette manière, le premier dispositif à semiconducteur 10 et le 25 second dispositif à semiconducteur 11, qui sont collés directement aux plaques d'électrodes 2 et 3, sont également pratiquement dépourvus de contrainte. En conséquence, le premier dispositif à semiconducteur 10 et le second dispositif à semiconducteur 11 sont empêchés de se dégrader en raison des 30 contraintes répétées provoquées par leur génération de chaleur, et une fixation correcte du module à semiconducteur 1 est également obtenue. De plus, il n'y a pas de coût supplémentaire pour des contre-mesures antivibration telles qu'une augmentation de la rigidité ou une structure plus complexe. Si 35 le parallélisme des deux surfaces planes du module à semiconducteur 1 est amélioré, la résistance des performances antivibration est davantage améliorée du fait qu'une zone de contrainte suffisante est assurée lorsque la résine de moulage 4 se dilate.
  2. 18 2855652 Par référence, un bloc à semiconducteur d'une technique apparentée est décrit ici. La figure 4 représente une vue en coupe transversale du bloc à semiconducteur apparenté. Un élément commun à la présente invention présente la même référence numérique que dans la présente invention.
    Un module à semiconducteur la comprend le premier dispositif à semiconducteur 10, le second dispositif à semiconducteur 11, une plaque d'électrode supérieure 2a, une plaque d'électrode inférieure 3a, une borne d'électrode d'attaque supérieure 20, 10 une borne d'électrode d'attaque inférieure 30, des bornes d'électrodes de commande 12, des fils de liaison 120, et une résine de moulage 4a. Le module à semiconducteur la présente une forme sensiblement plane dans l'ensemble. Une face exposée de la plaque d'électrode supérieure 2a n'est pas coplanaire de la face 15 de résine de la résine de moulage supérieure 4a, mais dépasse vers le haut légèrement par rapport à la face de résine de la résine de moulage supérieure 4a. De même, une face exposée de la plaque d'électrode inférieure 3a n'est pas coplanaire de la face de résine de la résine de moulage inférieure 4a, mais dépasse 20 vers le bas légèrement par rapport à la face de résine de la résine de moulage inférieure 4a.
    Ci-dessous, on décrit les comportements des dispositifs à semiconducteur 10 et 11 lorsque le bloc à semiconducteur configuré comme ci-dessus est en fonctionnement, et génère donc 25 de la chaleur. Le module à semiconducteur la se dilate par la chaleur des dispositifs à semiconducteur 10 et 11. Les tuyaux de refroidissement en aluminium 6 se dilatent également. Une force de contrainte ayant pour origine la dilatation est directement appliquée sur la plaque d'électrode supérieure 2a et la plaque 30 d'électrode inférieure 3a. Alors, la force est appliquée sur les dispositifs à semiconducteur 10 et 11, qui sont pris en sandwich entre la plaque d'électrode supérieure 2a et la plaque d'électrode inférieure 3a. En d'autres termes, la résine de moulage 4 n'absorbe pas les contraintes, contrairement à la 35 présente invention dans laquelle la résine de moulage 4 absorbe bien les contraintes dans la présente invention. Il en résulte que dans la technique apparentée, les durées de vie des dispositifs à semiconducteur 10 et 11 ont été dégradées par les contraintes répétées ayant pour origine le chauffage et le 40 refroidissement des dispositifs à semiconducteur 10 et 11.
  3. 19 2855652 Au contraire, dans le premier mode de réalisation, lorsque le module à semiconducteur 1 est en fonctionnement, la chaleur générée provoque une expansion à la fois du module à semiconducteur 1 et des tuyaux de refroidissement 6, résultant 5 en une face de contrainte qui est absorbée par la résine de moulage dilatée 4 du module à semiconducteur 1. Il en résulte que les plaques d'électrodes supérieure et inférieure 2 et 3 sont pratiquement dépourvues de contrainte, ce qui résulte également en une absence de contrainte des premier et second 10 dispositifs à semiconducteur 10 et 11. En conséquence, les premier et second dispositifs à semiconducteur 10 et 11 sont empêchés de se dégrader en raison des contraintes répétées provoquées par leur génération de chaleur, et une fixation correcte du module à semiconducteur 1 est également obtenue. Il 15 est donc possible de procurer un bloc à semiconducteur à faible coût et à haute fiabilité, monté sur des véhicules.
    (Second mode de réalisation) Un bloc à semiconducteur SU conforme au second mode de réalisation de cette invention sera expliqué ci-dessous en se 20 référant à la figure 5 et à la figure 6. La figure 5 est une vue en perspective d'un module à semiconducteur à placer dans le bloc à semiconducteur SU du second mode de réalisation, alors que la figure 6 représente une vue en coupe transversale éclatée du bloc à semiconducteur SU. Dans ce mode de réalisation, dans 25 le but d'une explication simplifiée, les éléments identiques ou similaires à ceux du premier mode de réalisation reçoivent les mêmes références numériques que le premier mode de réalisation, donc aucune explication de ceux-ci n'est fournie.
    Comme indiqué sur la figure 5 et la figure 6, le bloc à 30 semiconducteur SU comporte un module à semiconducteur 7, des éléments isolants 5, et des tuyaux de refroidissement 6. Le module à semiconducteur 7 comprend le premier dispositif à semiconducteur 10, le second dispositif à semiconducteur 11, une plaque d'électrode supérieure 2, une plaque d'électrode 35 inférieure 3, une borne d'électrode d'attaque supérieure 20, une borne d'électrode d'attaque inférieure 30, des bornes d'électrodes de commande 12, des fils de liaison 120, et une résine de moulage 8. Le module à semiconducteur 7 présente une forme sensiblement plane dans l'ensemble.
  4. 2855652 La résine de moulage 8 unit le premier dispositif à semiconducteur 10, le second dispositif à semiconducteur 11, la plaque d'électrode supérieure 2, la plaque d'électrode inférieure 3, la borne d'électrode d'attaque supérieure 20, la 5 borne d'électrode d'attaque inférieure 30, les bornes d'électrodes de commande 12, et les fils de liaison 120 en un bloc. Cependant, une face supérieure (la première face d'électrode) de la plaque d'électrode supérieure 2 et une face inférieure (la seconde face d'électrode) de la plaque 10 d'électrode inférieure 3 ne sont pas recouvertes de la résine de moulage 8. La résine de moulage 8 est formée de façon à entourer et enfermer complètement les dispositifs à semiconducteur 10 et 11, ainsi que les plaques d'électrodes 2 et 3. C'està-dire que la résine de moulage 8 est formée sur les côtés droit, gauche, 15 avant et arrière des dispositifs à semiconducteur 10 et 11, et les plaques d'électrodes 2 et 3.
    Une face de résine supérieure (la première face de résine) de la résine de moulage 8 entourant une face exposée (la première face d'électrode) de la plaque d'électrode supérieure 2 20 est amenée à être sensiblement coplanaire de la face exposée supérieure de la plaque d'électrode supérieure 2 dans le processus de fabrication du module à semiconducteur 1. En outre, une face de résine inférieure (la seconde face de résine) de la résine de moulage 8 entourant une face exposée (la seconde face 25 d'électrode) de la plaque d'électrode inférieure 3 est amenée à être sensiblement coplanaire de la face exposée inférieure de la plaque d'électrode inférieure 3 dans le processus de fabrication du module à semiconducteur 1. Une surface plane supérieure (la première surface de module) du module à semiconducteur 7 30 comprend la face exposée supérieure de la plaque d'électrode supérieure 2 et la face de résine supérieure de la résine de moulage 8. D'une manière similaire, une surface plane inférieure (la seconde surface de module) du module à semiconducteur 7 comprend la face exposée inférieure de la plaque d'électrode 35 inférieure 3 et la face de résine inférieure de la résine de moulage 8.
    Une rainure supérieure 81 (la première rainure) entourant le périmètre de la face exposée supérieure de la plaque d'électrode supérieure 2 est formée sur la face de résine supérieure de la 40 résine de moulage 8. Pour être plus précis, la rainure 21 2855652 supérieure 81 est formée de façon rapprochée de la plaque d'électrode supérieure 2 sur la face de résine supérieure de la résine de moulage 8. La profondeur de la rainure supérieure 81 est configurée de manière à ce que la profondeur devienne plus 5 profonde que le décrochement formé entre la face exposée supérieure de la plaque d'électrode supérieure 2 et la face de résine supérieure de la résine de moulage 8 lorsque les dispositifs à semiconducteur 10 et 11 génèrent de la chaleur en fonctionnement. La forme en section transversale de la rainure 10 supérieure 81 est, telle qu'indiquée sur la figure 6, un arc sensiblement circulaire. Une rainure inférieure 82 (la seconde rainure) entourant le périmètre de la face exposée inférieure de la plaque d'électrode inférieure 3 est formée sur la face de résine inférieure de la résine de moulage 8. Pour détailler, la 15 rainure inférieure 82 est formée de façon rapprochée de la plaque d'électrode inférieure 3 sur la face de résine inférieure de la résine de moulage 8. La profondeur de la rainure inférieure 82 est configurée de manière à ce que la profondeur soit plus profonde que le décrochement formé entre la face 20 inférieure exposée de la plaque d'électrode inférieure 3 et la face de résine inférieure de la résine de moulage 8 lorsque les dispositifs à semiconducteur 10 et 11 génèrent de la chaleur en fonctionnement. La forme en section transversale de la rainure inférieure 82 est, telle qu'indiquée sur la figure 6, 25 sensiblement un arc circulaire.
    Les éléments isolants 5 sont disposés pour être face à une surface plane supérieure (la première surface de module) et une surface plane inférieure (la seconde surface de module) respectivement du module à semiconducteur 7. C'est-à-dire que le 30 module à semiconducteur 7 est pris en sandwich par une paire d'éléments isolants 5. Une petite quantité de graisse thermique GR (un matériau thermiquement conducteur) est appliquée à la fois sur la face exposée de l'électrode supérieure 2 et la face exposée inférieure de l'électrode inférieure 3. Par exemple, une 35 pâte de particules d'argent électriquement conductrice est utilisée pour la graisse thermique GR. En général, une graisse thermique GR faite par exemple d'un matériau électriquement conducteur tel que l'argent présente une conductivité thermique supérieure à une graisse thermique électriquement non-conductrice, ce qui procure des performances de dissipation thermique supérieures.
    Si une graisse électriquement conductrice est utilisée, comme décrit dans ce qui précède, un court-circuit peut en 5 résulter entre au moins l'une des plaques d'électrodes supérieure et inférieure 2 et 3, et au moins l'une de la borne d'électrode d'attaque supérieure 20, de la borne d'électrode d'attaque inférieure 30, et des bornes d'électrodes de commande 12. Cependant, si la rainure supérieure 81 et la rainure 10 inférieure 82 sont formées, le court-circuit peut être empêché.
    Si les éléments isolants 5 et les tuyaux de refroidissement 6 sont liés après avoir appliqué la graisse thermique GR sur la face exposée supérieure de l'électrode supérieure 2 et la face exposée inférieure de l'électrode inférieure 3, la graisse 15 thermique GR fuit vers l'extérieur au voisinage à la fois de la face exposée supérieure de l'électrode supérieure 2 et de la face exposée inférieure de l'électrode inférieure 3. La graisse thermique GR qui a fui est immobilisée dans les rainures 81 et 82, qui sont formées sur la face de résine supérieure et la face 20 de résine inférieure de la résine de moulage 8, respectivement.
    Donc, la graisse thermique GR ne fuit pas au-delà de la rainure supérieure 81 et de la rainure inférieure 82. Il en résulte que le court- circuit entre les plaques d'électrodes 2, 3 et les bornes d'électrodes 20, 30 et 12 est empêché même si la graisse 25 électriquement conductrice est utilisée.
    En formant la rainure supérieure 81 et la rainure inférieure 82 près de l'électrode supérieure 2 et de l'électrode inférieure 3, c'est- à-dire en formant les rainures 81 et 82 près des centres à la fois des surfaces supérieure et inférieure du 30 module à semiconducteur 7, respectivement, une distance suffisante entre l'emplacement de la graisse qui a fui et les bornes d'électrodes 20, 30 et 12 est conservée. Donc, une distance de fuite suffisante de l'isolement est assurée. Il en résulte qu'un guidage, une formation progressive d'une ligne 35 conductrice provoquée par une application d'une haute tension, sur la surface du module à semiconducteur peut être empêché.
    Comme décrit dans ce qui précède, la graisse thermique qui a fui GR reste dans les rainures supérieure et inférieure 81 et 82 et il en résulte que la graisse thermique GR ne fuit pas au-delà 40 des rainures 81 et 82. Donc, le court-circuit entre les plaques d'électrodes 2, 3 et les bornes d'électrodes 20, 30 et 12 est empêché même si une graisse électriquement conductrice est utilisée. Il est donc possible dans le second mode de réalisation de procurer des avantages supplémentaires de même 5 que des avantages identiques ou similaires à ceux obtenus dans le premier mode de réalisation qui précède.
    Une protubérance PR de résine sur la figure 6 présente un effet similaire à celui des rainures pour empêcher la fuite de la graisse thermique GR et peut être utilisée à la place de la 10 rainure.
    (Troisième mode de réalisation) Un bloc à semiconducteur SU conforme au troisième mode de réalisation de cette invention sera décrit ci-dessous en se référant à la figure 7 et à la figure 8. La figure 7 est un plan 15 schématique partiel d'un circuit de convertisseur incorporant des modules à semiconducteur. La figure 8 représente une vue en coupe transversale du bloc à semiconducteur SU.
    Le bloc à semiconducteur SU du troisième mode de réalisation comporte deux modules à semiconducteur 1 et 100 qui attaquent la 20 même phase dans le circuit de convertisseur représenté sur la figure 7. Le bloc à semiconducteur SU du troisième mode de réalisation comprend, comme indiqué sur la figure 7, les modules à semiconducteur 1 et 100 qui attaquent la même phase comme décrit ci-dessus, et une paire de tuyaux de refroidissement 6. 25 Le module à semiconducteur 1 est le même que celui du premier mode de réalisation, et le module à semiconducteur 100 est le même que le module à semiconducteur 1.
    Comme indiqué sur la figure 8, les épaisseurs entre les surfaces planes supérieures et les surfaces planes inférieures 30 des modules 1 et 100, c'est-à-dire l'épaisseur W1 du module à semiconducteur 1 et l'épaisseur W100 du module à semiconducteur 100, sont sensiblement égales. Les épaisseurs W1 et W100 sont amenées également à être sensiblement égales au jeu H entre les deux tuyaux de refroidissement 6. Il en résulte que leur 35 résistance aux vibrations est améliorée en assurant des zones de contrainte suffisantes des modules à semiconducteur 1 et 100, respectivement. De même, le coût du bloc à semiconducteur SU peut être réduit car le nombre d'étapes de fabrication est réduit du fait qu'il n'est pas nécessaire de lier les tuyaux de 40 refroidissement 6 individuellement à chaque module à 24 2855652 semiconducteur 1 et 100. En outre, comme représenté sur la figure 12, si les modules à semiconducteur 1 et 100 sont unis dans un seul moule, le positionnement de chaque élément du bloc à semiconducteur SU pour la construction de celui-ci devient 5 plus facile. Le nombre de modules à semiconducteur qui attaquent une phase n'est pas limité à deux. Trois modules ou plus peuvent être employés suivant la puissance de commande à prendre en compte. Même si c'est le cas, les modules à semiconducteur peuvent être agencées d'une façon similaire au mode de 10 réalisation ci-dessus de la figure 8.
    Il est donc possible dans le troisième mode de réalisation de procurer des avantages supplémentaires de même que les avantages identiques ou similaires à ceux obtenus dans les premier et second modes de réalisation. 15 (Autres modifications) Il est prévu diverses modifications de la présente invention. La première modification de la présente invention concerne la formation de la résine de moulage. Les résines de moulage 4 et 8 des modules à semiconducteur 1 et 7 des premier 20 et second modes de réalisation sont formées de façon à entourer et à enfermer les faces exposées de la plaque d'électrode supérieure 2 et de la plaque d'électrode inférieure 3.
    Cependant, la formation de la résine de moulage n'est pas limitée aux façons des premier et second modes de réalisation. 25 Par exemple, le module à semiconducteur 1 représenté sur la figure 9 peut être choisi. La figure 9 est une vue en perspective du module à semiconducteur 1. Comme indiqué, la plaque d'électrode supérieure 2 et la plaque d'électrode inférieure 3 sont étendues dans deux directions du module à 30 semiconducteur 1, c'est-à-dire dans les directions (sur la figure 9 vers le coin supérieur gauche et vers le coin inférieur droit) sensiblement perpendiculaires aux directions d'extension des bornes d'électrodes 12, 20 et 30. Les plaques d'électrodes 2 et 3 présentent des formes rectangulaires et englobent la pleine 35 largeur du module à semiconducteur 1. En d'autres termes, la plaque d'électrode supérieure 2 et la plaque d'électrode inférieure 3 présentent la pleine largeur comme celle du module à semiconducteur 1 dans la direction de la partie supérieure gauche vers la partie inférieure droite sur la figure 9 (la 40 direction dans le plan de la page sur la figure 2), mais 2855652 n'occupent que certaines zones autour du centre du module à semiconducteur 1 dans la direction allant du haut à droite vers le bas à gauche sur la figure 9 (la direction allant de la gauche vers la droite sur la figure 2). Donc, la résine de moulage 4 est formée seulement sur les côtés gauche et droit des plaques d'électrodes 2 et 3 de la figure 2.
    C'est-à-dire que la résine de moulage 4 du module à semiconducteur 1 apparaît être divisée en deux lorsqu'elle est observée de dessus. Dans ce cas, la résine de moulage 4, qui 10 reçoit la contrainte décrite dans ce qui précède, peut encore assurer une zone de contrainte suffisante au moyen des deux surfaces de résine séparées. En outre, en augmentant les faces exposées des plaques d'électrodes 2 et 3, les performances de dissipation thermique des dispositifs à semiconducteur peuvent 15 être améliorées. Il en résulte que la fiabilité du bloc à semiconducteur SU est améliorée.
    La seconde modification concerne la configuration des modules à semiconducteur et des tuyaux de refroidissement empilés. Comme indiqué sur la figure 2, un module à 20 semiconducteur 1 est maintenu par une paire de tuyaux de refroidissement prenant en sandwich le module 1 entre les tuyaux. Cependant, la manière de maintenir le module à semiconducteur 1 n'est pas limitée à celle-ci. Par exemple, comme indiqué sur la figure 10, lorsqu'un circuit de 25 convertisseur incorpore une pluralité de modules à semiconducteur 1 comme indiqué dans le troisième mode de réalisation, il est possible d'empiler un tuyau de refroidissement 6 et un ou plusieurs modules à semiconducteur 1 l'un après l'autre en alternance, couche après couche. Dans 30 cette configuration, le nombre des composants du bloc à semiconducteur SU peut être réduit du fait que les deux surfaces latérales d'un seul tuyau de refroidissement appliquent des forces de contrainte au module à semiconducteur supérieur et au module à semiconducteur inférieur, respectivement, ce qui 35 résulte en une réduction du total des pièces et du coût de fabrication.
    La troisième modification concerne l'élément d'isolement. Un premier exemple de l'alternative à l'élément d'isolement 5 peut être un film mince collé directement aux faces exposées de la 40 plaque d'électrode supérieure 2 et de la plaque d'électrode inférieure 3 du module à semiconducteur 1 avec quelques douzaines de micromètres d'épaisseur. Comme le film est beaucoup plus mince que l'élément isolant, ce qui résulte ainsi en une augmentation de la conduction thermique, la fiabilité du 5 dispositif à semiconducteur est améliorée par une meilleure dissipation thermique. En outre, le coût de fabrication du module à semiconducteur peut être réduit du fait qu'il n'est pas nécessaire d'assembler les éléments d'isolement, et ceci résulte donc en une simplification du processus de fabrication du module 10 à semiconducteur.
    La quatrième modification concerne la formation de la rainure sur la résine de moulage. A la fois la rainure supérieure 81 et la rainure inférieure 82, qui sont formées sur la résine de moulage 8 du module à semiconducteur 7 dans le 15 second mode de réalisation, sont formées de façon à entourer tous les périmètres des faces exposées de la plaque d'électrode supérieure 2 et de la plaque d'électrode inférieure 3.
    Cependant, les formations des rainures ne sont pas limitées à la façon du second mode de réalisation. Par exemple, comme indiqué 20 sur la figure 11, la rainure supérieure 81 peut être formée entre la face exposée de la plaque d'électrode supérieure 2 et les bornes d'attaque 20 et 30, et entre la face exposée de la plaque d'électrode supérieure 2 et les bornesd'attaque 12, respectivement. Bien que ceci ne soit pas représenté, la rainure 25 inférieure 82 peut également être formée de la même manière que la rainure supérieure 81, c'est-à-dire que la rainure inférieure 82 peut être formée entre la face exposée de la plaque d'électrode inférieure 3 et les bornes d'attaque 20 et 30, et entre la face exposée de la plaque d'électrode inférieure 3 et 30 les bornes d'attaque 12, respectivement. L'agencement des rainures dans ce qui précède présente les mêmes avantages que ceux du second mode de réalisation.
    Bien que ceci ne soit pas représenté, la rainure supérieure 81 et la rainure inférieure 82 peuvent également être formées 35 pour le type de module à semiconducteur représenté sur la figure 9. Dans ce cas, la rainure supérieure 81 peut être formée d'une manière similaire à celle indiquée sur la figure 11, dans laquelle la rainure 81 est située entre la face exposée de la plaque d'électrode supérieure 2 et les bornes d'attaque 20 et 40 30, et entre la face exposée de la plaque d'électrode supérieure 27 2855652 2 et les bornes d'attaque 12. De même, la rainure inférieure 82 peut être formée d'une manière similaire à celle indiquée sur la figure 11. C'est-à- dire que les rainures 82 peuvent être formées entre la face exposée de la plaque d'électrode inférieure 3 et 5 les bornes d'attaque 20 et 30, et entre la face exposée de la plaque d'électrode inférieure 3 et les bornes d'attaque 12.
    La cinquième modification concerne la forme en section transversale de la rainure. Les formes de la section transversale de la rainure supérieure 81 et de la rainure 10 inférieure 82 dans le second mode de réalisation sont sensiblement des arcs circulaires. Cependant, la forme n'est pas limitée à un arc circulaire. La rainure supérieure 81 et la rainure inférieure 82 peuvent présenter par exemple une section transversale rectangulaire.
    La présente invention peut être mise en oeuvre sous d'autres formes spécifiques sans s'écarter de l'esprit ou des caractéristiques essentielles de celle-ci. Les présents modes de réalisation doivent donc être considérés à tout point de vue comme étant illustratifs et non pas restrictifs, la portée de la 20 présente invention étant indiquée par les revendications annexées plutôt que par la description qui précède et tous les changements qui respectent la signification et la plage d'équivalence des revendications sont donc destinés à être englobés dans celles-ci. Il est possible de mettre en oeuvre de 25 nombreux autres modes de réalisation modifiés ou améliorés par des personnes expérimentées.
    REVEND I CATIONS
    1. Bloc à semiconducteur comprenant: un module à semiconducteur comprenant un dispositif de 5 puissance à semiconducteur, une paire de première et seconde plaques d'électrodes, et un élément de résine de moulage unissant le dispositif de puissance à semiconducteur et la paire de première et seconde plaques d'électrodes, le module à semiconducteur comportant des première et seconde surfaces de 10 module opposées l'une à l'autre dans le sens de l'épaisseur du module à semiconducteur, chacune des premières et seconde surfaces de module incluant une face d'électrode de chaque plaque d'électrode et une face de résine de moulage de l'élément de résine de moulage, et un élément de refroidissement qui est placé des deux côtés du module à semiconducteur dans le sens de l'épaisseur de celuici et configuré pour refroidir le module à semiconducteur, dans lequel chaque face d'électrode est coplanaire de chaque face de résine de moulage sur chacun des deux côtés du module à 20 semiconducteur dans le sens de l'épaisseur et l'élément de résine de moulage est fait d'une résine de moulage qui présente un coefficient de dilatation linéaire supérieur à celui des plaques d'électrodes.
    2. Bloc à semiconducteur comprenant: un module à semiconducteur qui convertit un courant continu en un courant alternatif, comprenant, un dispositif de puissance à semiconducteur, qui est sensiblement plat, comportant une première surface de dispositif 30 et une seconde surface de dispositif des deux côtés du dispositif de puissance à semiconducteur dans une direction perpendiculaire à celui-ci, une première plaque d'électrode collée à la première surface de dispositif du dispositif de puissance à semiconducteur, la 35 première plaque d'électrode comportant une première face d'électrode sur un côté opposé de la surface collée de la première plaque d'électrode, une seconde plaque d'électrode collée à la seconde surface de dispositif du dispositif de puissance à semiconducteur, la 40 seconde plaque d'électrode comportant une seconde face 29 2855652 d'électrode sur un côté opposé de la surface collée de la seconde plaque d'électrode, un premier ensemble de borne de connexion relié électriquement à un circuit de commande et utilisé pour commander le dispositif de puissance à semiconducteur, un second ensemble de borne de connexion relié électriquement à un circuit d'attaque et utilisé pour attaquer le dispositif de puissance à semiconducteur, et un élément de résine de moulage formé pour unir le 10 dispositif de puissance à semiconducteur, les première et seconde plaques d'électrodes, et les premier et second ensembles de bornes de connexion, et pour avoir les première et seconde faces de résine des deux côtés de l'élément de résine de moulage, et un élément de refroidissement qui est placé des deux côtés du module à semiconducteur et configuré pour refroidir le module à semiconducteur, dans lequel au moins l'une des première et seconde faces d'électrodes des première et seconde plaques d'électrodes est 20 coplanaire d'au moins l'une des première et seconde faces de résine de l'élément de résine de moulage et l'élément de résine de moulage est fait d'une résine de moulage qui a un coefficient de dilatation linéaire supérieur à celui des première et seconde plaques d'électrodes.
    3. Bloc à semiconducteur selon la revendication 2, dans lequel la première face d'électrode est coplanaire de la première face de résine.
    4. Bloc à semiconducteur selon la revendication 2, dans lequel la seconde face d'électrode est coplanaire de la seconde face de résine.
    5. Bloc à semiconducteur selon la revendication 2, dans 35 lequel la première face d'électrode est coplanaire de la première face de résine et la seconde face d'électrode est coplanaire de la seconde face de résine.
    6. Bloc à semiconducteur selon la revendication 2, dans 40 lequel l'élément de résine de moulage est formé pour exposer à 2855652 la fois la première face d'électrode de la première plaque d'électrode et la seconde face d'électrode de la seconde plaque d'électrode.
    7. Bloc à semiconducteur selon la revendication 1, dans lequel l'élément de résine de moulage est formé pour exposer à la fois la première face d'électrode la première plaque d'électrode et la seconde face d'électrode de la seconde plaque d'électrode.
    8. Bloc à semiconducteur selon la revendication 6, dans lequel l'élément de résine de moulage est formé pour amener au moins l'une des première et seconde faces de résine à dépasser d'au moins l'une des première et seconde faces d'électrodes des 15 première et seconde plaques d'électrodes lorsque le dispositif de puissance à semiconducteur est en fonctionnement.
    9. Bloc à semiconducteur selon la revendication 6, dans lequel l'élément de résine de moulage est configuré pour 20 entourer le périmètre de chacune de la première face d'électrode de la première plaque d'électrode et/ou du périmètre de la seconde face d'électrode de la seconde plaque d'électrode.
    10. Bloc à semiconducteur selon la revendication 6, 25 comprenant en outre une couche d'un matériau thermiquement conducteur sur au moins l'une des première et seconde faces d'électrodes des première et seconde plaques d'électrodes, dans lequel un moyen destiné à empêcher le matériau thermiquement conducteur de s'écouler hors de la première face 30 d'électrode est disposé sur au moins l'une des première et seconde faces de résine de l'élément de résine de moulage.
    11. Bloc à semiconducteur selon la revendication 10, dans lequel le moyen de prévention consiste en une rainure formée, au 35 moins partiellement, sur au moins l'une des première et seconde faces de résine de l'élément de résine de moulage.
    12. Bloc à semiconducteur selon la revendication 11, dans lequel la rainure est formée au moins entre l'une des faces 3 1 2855652 d'électrodes et des premier et second ensembles de bornes de connexion.
    13. Bloc à semiconducteur selon la revendication 12, dans 5 lequel la rainure est constituée d'une pluralité de rainures, et la face d'électrode est située entre deux des plusieurs rainures.
    14. Bloc à semiconducteur selon la revendication 6, 10 comprenant en outre une couche d'un matériau thermiquement conducteur à la fois sur la première et la seconde faces d'électrodes des première et seconde plaques d'électrodes, dans lequel une rainure destinée à empêcher le matériau thermiquement conducteur de s'écouler hors de chacune des 15 première et seconde faces d'électrodes est disposée sur chacune des première et seconde faces de résine de l'élément de résine de moulage.
    15. Bloc à semiconducteur selon la revendication 12, dans 20 lequel la rainure est formée de façon à entourer complètement la première face d'électrode de la première plaque d'électrode.
    16. Bloc à semiconducteur selon la revendication 12, dans lequel la rainure est formée de façon à entourer complètement la 25 seconde face d'électrode de la seconde plaque d'électrode.
    17. Bloc à semiconducteur selon la revendication 10, dans lequel le matériau thermiquement conducteur est électriquement conducteur.
    18. Bloc à semiconducteur selon la revendication 6, dans lequel le module à semiconducteur comporte des première et seconde surfaces de module sensiblement parallèles l'une à l'autre, chacune des première et seconde surfaces de module 35 comprenant chacune des première et seconde faces d'électrodes et chacune des première et seconde faces de résine.
    19. Bloc à semiconducteur selon la revendication 18, dans lequel chacun d'une pluralité de modules à semiconducteur 40 comportant sensiblement la même épaisseur, définie comme la distance entre la première surface de module et de la seconde surface de module, est pris en sandwich entre les éléments de refroidissement.
    20. Bloc à semiconducteur selon la revendication 6, dans lequel le module à semiconducteur est constitué d'une pluralité d'éléments parmi l'ensemble dudit dispositif de puissance à semiconducteur, lesdites première et seconde plaques d'électrodes et lesdits premier et second ensembles de bornes de 10 connexion unis en un module par la résine de moulage.
    21. Bloc à semiconducteur selon la revendication 20, dans lequel la pluralité de dispositifs à semiconducteur sont incorporés dans un convertisseur pour être attaqués par la même 15 phase.
    22. Bloc à semiconducteur selon la revendication 6, dans lequel l'élément de refroidissement est un tuyau de refroidissement comportant une ou plusieurs lignes au travers 20 desquelles un agent de refroidissement circule.
    23. Bloc à semiconducteur selon la revendication 6, dans lequel l'élément de refroidissement est fait d'aluminium.
    24. Bloc à semiconducteur selon la revendication 6, dans lequel le module à semiconducteur est constitué d'une pluralité de modules à semiconducteur et l'élément de refroidissement est constitué d'une pluralité d'éléments de refroidissement, la pluralité de modules à semiconducteur et la pluralité d'éléments 30 de refroidissement étant empilés les uns au-dessus des autres en alternance.
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