FR2994333A1 - Dispositif electronique semi-conducteur destine a etre monte dans un ensemble a empilement presse et ensemble a empilement presse comportant un tel dispositif - Google Patents
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Abstract
Ce dispositif électronique semi-conducteur (12) est destiné à être monté dans un ensemble à empilement pressé. Le dispositif (12) comprend un boitier (20) comportant une plaque inférieure (22), une plaque supérieure (24) et une paroi latérale (26) reliant mécaniquement la plaque inférieure (22) à la plaque supérieure (24), les plaques inférieure (22) et supérieure (24) étant électriquement conductrices, une pluralité de composants semi-conducteurs (28), chaque composant (28) comportant une première électrode (42) et une deuxième électrode (44), les premières électrodes (42) étant reliées électriquement à la plaque inférieure (22) et les deuxièmes électrodes (44) étant reliées électriquement à la plaque supérieure (24), et des organes élastiques (30) disposés entre les composants (28) et une plaque d'appui (24) choisie parmi la plaque inférieure (22) et la plaque supérieure (24). Le dispositif (12) comprend en outre une paroi intermédiaire d'étanchéité (32) disposée à l'intérieur du boitier (20), entre les composants (28) et les organes élastiques (30), la paroi intermédiaire d'étanchéité (32) reliant électriquement les composants (28), la paroi intermédiaire d'étanchéité (32) étant adaptée pour séparer les composants (28) d'un liquide de refroidissement, électriquement isolant, propre à circuler autour des organes élastiques (30), entre la paroi intermédiaire d'étanchéité (32) et la plaque d'appui (24).
Description
Dispositif électronique semi-conducteur destiné à être monté dans un ensemble à empilement pressé et ensemble à empilement pressé comportant un tel dispositif La présente invention concerne un dispositif électronique semi-conducteur destiné à être monté dans un ensemble à empilement pressé, le dispositif électronique semi- conducteur comprenant : - un boitier comportant une plaque inférieure, une plaque supérieure et une paroi latérale reliant mécaniquement la plaque inférieure à la plaque supérieure, les plaques inférieure et supérieure étant électriquement conductrices, - une pluralité de composants semi-conducteurs, chaque composant semi- conducteur comportant une première électrode et une deuxième électrode, les premières électrodes étant reliées électriquement à la plaque inférieure et les deuxièmes électrodes étant reliées électriquement à la plaque supérieure, et - des organes élastiques, de préférence électriquement conducteurs, disposés entre les composants semi-conducteurs et une plaque d'appui choisie parmi la plaque inférieure et la plaque supérieure. L'invention concerne également un ensemble à empilement pressé comportant une pluralité de dispositifs électroniques semi-conducteurs pressés selon un axe d'empilement vertical.
Un tel ensemble à empilement pressé comportant une pluralité de dispositifs électroniques semi-conducteurs est généralement prévu dans un module de puissance, comme par exemple un convertisseur destiné à fournir de l'énergie électrique à un moteur électrique, présentant de préférence une puissance électrique supérieure au mégawatt. Un tel ensemble est communément désigné sous le nom d'ensemble « press- pack », les dispositifs électroniques étant pressés au moyen de deux brides latérales externes solidarisées par deux tirants longitudinaux parallèles à l'axe d'empilement. Les dispositifs électroniques sont empilés et comprimés sous une pression de plusieurs tonnes selon l'axe d'empilement vertical. On connait du document US 5,705,853 A un dispositif électronique du type précité.
Ce dispositif électronique comprend un boîtier et une pluralité de puces disposées dans le boîtier, chaque puce étant réalisée en matériau semi-conducteur. Le boîtier comporte une plaque inférieure, une plaque supérieure et une couronne latérale reliant mécaniquement la plaque inférieure à la plaque supérieure. Les plaques inférieure et supérieure sont électriquement conductrices, et chaque puce comporte deux électrodes, une électrode étant reliée électriquement à la plaque inférieure et l'autre électrode étant reliée électriquement à la plaque supérieure.
Ce dispositif électronique comporte également des ressorts électriquement et thermiquement conducteurs, chaque ressort étant disposé entre la plaque supérieure et un plongeur de contact, le plongeur étant en appui contre l'électrode correspondante de la puce en matériau semi-conducteur. Ces ressorts permettent de faciliter la fabrication du dispositif électronique. Toutefois, un tel dispositif électronique présente parfois en fonctionnement des pics de température qui sont susceptibles d'engendrer une détérioration d'un ou plusieurs des composants semi-conducteurs du dispositif électronique, les ressorts devant assurer à la fois un transfert électrique du courant entre la plaque supérieure et les puces et un transfert thermique de la chaleur dégagée par les puces vers l'extérieur. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif électronique semi- conducteur permettant de réduire la température maximale en fonctionnement des composants semi-conducteurs, afin d'éviter une détérioration de ceux-ci. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif électronique du type précité, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une paroi intermédiaire d'étanchéité disposée à l'intérieur du boitier, entre les composants semi-conducteurs et les organes élastiques, la paroi intermédiaire d'étanchéité reliant électriquement les composants semi-conducteurs, la paroi intermédiaire d'étanchéité étant adaptée pour séparer les composants semiconducteurs d'un liquide de refroidissement, électriquement isolant, propre à circuler autour des organes élastiques, entre la paroi intermédiaire d'étanchéité et la plaque d'appui. Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, le dispositif électronique comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - la paroi intermédiaire d'étanchéité comporte une plaque intermédiaire électriquement conductrice agencée au contact des composants semi-conducteurs et un joint d'étanchéité disposé entre la plaque intermédiaire et la paroi latérale ; - la paroi latérale est électriquement isolante et les organes élastiques sont électriquement conducteurs ; - la paroi latérale comporte un premier tronçon et un deuxième tronçon disposés de part et d'autre de la paroi intermédiaire d'étanchéité selon la direction verticale, le premier tronçon étant électriquement isolant et disposé entre la paroi intermédiaire d'étanchéité et la plaque autre que la plaque d'appui parmi la plaque inférieure et la plaque supérieure, et le deuxième tronçon étant disposé entre la paroi intermédiaire d'étanchéité et la plaque d'appui, le deuxième tronçon étant de préférence électriquement conducteur ; - la plaque intermédiaire s'étend, perpendiculairement à la direction verticale, jusqu'à la périphérie extérieure de la paroi latérale ; - la plaque intermédiaire comporte une première plaque intermédiaire et une deuxième plaque intermédiaire disposées l'une au-dessus de l'autre selon la direction verticale, la première plaque intermédiaire étant disposée au contact des composants semi-conducteurs et du premier tronçon, et la deuxième plaque intermédiaire étant disposée au contact des organes élastiques et du deuxième tronçon ; - le dispositif comprend en outre un circuit de circulation d'un deuxième liquide de refroidissement à l'intérieur de la plaque autre que la plaque d'appui parmi la plaque inférieure et la plaque supérieure, le circuit de circulation, comportant une cavité (ménagée à l'intérieur de ladite plaque autre que la plaque d'appui ; - la plaque inférieure et la plaque supérieure sont sensiblement planes et parallèles l'une de l'autre, et les organes élastiques sont élastiques suivant une direction sensiblement perpendiculaire aux plaques inférieure et supérieure ; - chaque organe élastique est un élément choisi parmi le groupe constitué de : un ressort et un piston ; - chaque composant semi-conducteur est un élément choisi parmi le groupe constitué de : un transistor IGBT, un transistor IEGT, un transistor MOSFET et une diode ; - la paroi latérale comporte au moins un orifice de passage du liquide de refroidissement, le ou chaque orifice de passage traversant la paroi latérale, le ou chaque orifice de passage étant propre à être relié à un appareil d'entraînement du liquide de refroidissement. L'invention a également pour objet un ensemble à empilement pressé comportant une pluralité de dispositifs électroniques semi-conducteurs pressés selon un axe d'empilement vertical, caractérisé en ce qu'au moins un dispositif électronique semiconducteur est tel que défini ci-dessus. Ces caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à tire d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un ensemble à empilement pressé comportant une pluralité de dispositifs électroniques semi-conducteurs pressés selon un axe d'empilement vertical ; - la figure 2 est une représentation schématique et en coupe d'un dispositif électronique de la figure 1 selon un premier mode de réalisation ; - la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 2 selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est une vue analogue à celle de la figure 2 selon un quatrième mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 6 est une vue analogue à celle de la figure 2 selon un cinquième mode de réalisation de l'invention. De façon conventionnelle, dans la présente demande, l'expression « sensiblement égale à » exprimera une relation d'égalité à plus ou moins 5%. Sur la figure 1, un ensemble à empilement pressé 10 comporte une pluralité de dispositifs électroniques semi-conducteurs 12 pressés selon un axe d'empilement vertical Z, les dispositifs électroniques semi-conducteurs 12 étant reliés à un appareil 14 d'entraînement d'un liquide de refroidissement, via un circuit de refroidissement 16.
L'ensemble à empilement pressé 10 est également appelé pile, et les dispositifs électroniques 12 sont pressés au moyen de deux brides latérales externes, non représentées, solidarisées par deux tirants longitudinaux, non représentés, parallèles à l'axe d'empilement. Les dispositifs électroniques 12 sont empilés et comprimés sous une pression de plusieurs tonnes selon l'axe d'empilement vertical.
L'ensemble à empilement pressé 10 est, par exemple, intégré dans un convertisseur destiné à convertir de l'énergie électrique afin d'alimenter un moteur électrique, celui-ci présentant une puissance électrique de préférence supérieure à 1 MW, de préférence encore supérieure à 10 MW. Chaque dispositif électronique 12 est empilé et comprimé sous une pression de plusieurs tonnes selon l'axe d'empilement vertical Z, et est également appelé dispositif « press-pack ». Chaque dispositif électronique 12 comprend un boîtier 20 comportant une plaque inférieure 22, une plaque supérieure 24 et une paroi latérale 26 reliant mécaniquement la plaque inférieure 22 à la plaque supérieure 24, comme représenté sur la figure 2.
Chaque dispositif électronique 12 comprend une pluralité de composants semi- conducteurs 28 et des organes élastiques 30 disposés entre les composants semiconducteurs 28 et une plaque d'appui choisie parmi la plaque inférieure 22 et la plaque supérieure 24. Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, la plaque d'appui est la plaque supérieure 24. En variante non représentée, la plaque d'appui est la plaque inférieure 22.
Le dispositif électronique 12 comprend, par exemple, un organe élastique 30 pour chaque composant semi-conducteur 28. Chaque dispositif électronique 12 comprend en outre une paroi intermédiaire d'étanchéité 32 disposée à l'intérieur du boîtier 20, entre les composants semi- conducteurs 28 et les organes élastiques 30, la paroi intermédiaire d'étanchéité 32 reliant électriquement les composants semi-conducteurs 28 entre eux. Chaque dispositif électronique 12 est, par exemple, en forme d'une galette cylindrique, et les plaques inférieure 22 et supérieure 24 sont alors de forme circulaire, la paroi latérale 26 étant en forme d'une couronne.
L'appareil d'entrainement 14, visible sur la figure 1, est propre à engendrer la circulation du liquide de refroidissement, électriquement isolant, à l'intérieur du circuit de refroidissement 16, ainsi que dans chacun des dispositifs électroniques 12. L'appareil d'entrainement 14 comporte une pompe, non représentée. Le circuit de refroidissement 16 comprend des premiers canaux de circulation 34 et des deuxièmes canaux de circulation 36 reliant chaque dispositif électronique 12 à l'appareil d'entrainement 14 afin d'assurer la circulation du liquide de refroidissement à l'intérieur de chaque dispositif électronique 12, comme représenté sur la figure 1. Le circuit de refroidissement 16 est, par exemple, un circuit en boucle fermée entre les dispositifs électroniques 12 et l'appareil d'entrainement 14.
Le liquide de refroidissement est électriquement isolant et comporte, par exemple, de l'eau désionisée. Les plaques inférieure et supérieure 22, 24 sont électriquement conductrices. Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, les plaques inférieure et supérieure 22, 24 sont sensiblement planes et parallèles l'une de l'autre. Elles sont perpendiculaires à l'axe d'empilement vertical Z. La paroi latérale 26 est électriquement isolante dans le premier mode de réalisation. Elle est de préférence réalisée en matériau céramique. La paroi latérale 26 est de préférence en forme d'une paroi de révolution autour de l'axe d'empilement vertical Z. La paroi latérale 26 comporte un premier orifice 38 de passage du liquide de refroidissement, le premier orifice de passage 38 étant destiné à être connecté à un premier canal 34 correspondant, et un deuxième orifice 40 de passage du liquide de refroidissement, le deuxième orifice de passage 40 étant destiné à être connecté à un deuxième canal 36 correspondant. Chaque composant semi-conducteur 28 comporte une première électrode 42 et une deuxième électrode 44, les premières électrodes 42 de la pluralité de composants 28 étant reliées électriquement à la plaque inférieure 22 et les deuxièmes électrodes 44 de la pluralité de composants 28 étant reliées électriquement à la plaque supérieure 24. Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, les premières électrodes 42 sont disposées directement au contact de la plaque inférieure 22. Autrement dit, les premières électrodes 42 sont chacune en appui contre la plaque inférieure 22. Les deuxièmes électrodes 44 sont disposées au contact de la paroi intermédiaire d'étanchéité 32 et reliées électriquement à la plaque supérieure 24 par l'intermédiaire de ladite paroi d'étanchéité 32 et des organes élastiques 30. Chaque composant semi-conducteur 28 est un élément choisi parmi le groupe constitué de : un transistor IGBT (de l'anglais Insulated Gate Bipolar Transistor), un transistor IEGT (de l'anglais Injection Enhanced Gate Transistor), un transistor MOSFET (de l'anglais Metal Oxyde Semiconductor Field Effect Transistor) et une diode. Tous les composants semi-conducteurs 28 sont, par exemple, du même type pour un dispositif électronique semi-conducteur 12 donné, afin d'obtenir un dispositif électronique semi-conducteur 12 du type des composants semi-conducteurs 28 qu'il comporte. Tous les composants semi-conducteurs 28 sont, par exemple, des transistors IGBT, et le dispositif électronique semi-conducteur 12 est alors un transistor IGBT. En variante, tous les composants semi-conducteurs 28 sont des diodes, et le dispositif électronique semi-conducteur 12 est alors une diode.
En variante, un même dispositif électronique semi-conducteur 12 comprend des composants semi-conducteurs 28 de types différents. Le dispositif électronique semiconducteur 12 comprend, par exemple, un mélange de transistors IGBT 28 et de diodes 28. Les organes élastiques 30 sont comprimés entre la plaque d'appui 24, d'une part, et la paroi intermédiaire d'étanchéité 32, d'autre part. Les organes élastiques 30 sont élastiques suivant une direction sensiblement perpendiculaire aux plaques inférieure 22 et supérieure 24. Autrement dit, les organes élastiques 30 présentent une direction d'élasticité, et la direction d'élasticité est sensiblement perpendiculaire aux plaques inférieure 22 et supérieure 24. Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, la direction d'élasticité des organes élastiques 30 est sensiblement parallèle à l'axe d'empilement vertical Z. Chaque organe élastique 30 comporte, par exemple, un ressort, tel qu'un ressort hélicoïdal, comme représenté sur la figure 2. En variante non représentée, chaque organe élastique 30 comporte un piston.
Dans le premier mode de réalisation, les organes élastiques 30 sont nécessairement électriquement conducteurs, afin d'assurer une continuité de circulation du courant électrique depuis la plaque inférieure 22 jusqu'à la plaque d'appui 24, la paroi latérale 26 étant électriquement isolante dans ce mode de réalisation. La paroi intermédiaire d'étanchéité 32 est adaptée pour séparer les composants semi-conducteurs 28 du liquide de refroidissement, électriquement isolant et propre à circuler autour des organes élastiques 30, entre la paroi intermédiaire d'étanchéité 32 et la plaque d'appui 24. Autrement dit, la paroi intermédiaire d'étanchéité 32 est adaptée pour former avec la plaque d'appui 24 et la paroi latérale 26 une cavité de circulation du liquide de refroidissement à l'intérieur du dispositif électronique 12, le liquide de refroidissement étant destiné à pénétrer à l'intérieur du dispositif électronique 12 par le premier orifice de passage 38 (flèche F1) et à ressortir de celui-ci via le deuxième orifice de passage 40 (flèche F2). Le liquide de refroidissement est propre à circuler autour des organes élastiques 30 depuis le premier orifice de passage 38 vers le deuxième orifice de passage 40.
Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, la paroi intermédiaire d'étanchéité 32 comporte une plaque intermédiaire 46 électriquement conductrice, agencé au contact des composants semi-conducteurs 28, et un joint d'étanchéité 48 disposé entre la plaque intermédiaire 46 et la paroi latérale 26. Les organes élastiques 30 sont alors en appui contre la plaque intermédiaire 46 électriquement conductrice, d'une part, et la plaque d'appui 24 d'autre part, afin de permettre une continuité de circulation du courant électrique depuis la plaque inférieure 22, à travers les composants semi-conducteurs 28, la plaque intermédiaire 46 et les organes élastiques 30 électriquement conducteurs, jusqu'à la plaque d'appui 24, tout en facilitant la fabrication du dispositif électronique 12.
Les premier 38 et deuxième 40 orifices de passage sont chacun en forme d'un trou traversant ménagé à travers la paroi latérale 26. Autrement dit, chaque orifice de passage 38, 40 traverse de part en part la paroi latérale 26. Les premier et deuxième orifices de passage 38, 40 sont propres à être reliés à l'appareil d'entrainement du liquide de refroidissement 14 via les premier et deuxième canaux 34, 36 correspondant.
La plaque intermédiaire 46 est en appui contre les deuxièmes électrodes 44 des composants semi-conducteurs 28. La plaque intermédiaire 46 est, par exemple, circulaire, et le joint d'étanchéité 48 est alors un joint de forme circulaire disposé à la périphérie de la plaque intermédiaire 46. La plaque intermédiaire 46 est propre à se déformer sous l'effet de la force exercée par les organes élastiques 30 en appui contre la plaque supérieure 24. La plaque intermédiaire 46 présente une épaisseur minimale Emin dans les zones qui ne sont pas en regard d'un composant semi-conducteur 28. L'épaisseur minimale Emin est, par exemple, sensiblement égale à 1 mm. La plaque intermédiaire 46 est, par exemple, réalisée en un matériau électriquement conducteur et compatible avec le liquide de refroidissement, tel que de l'acier. Le joint d'étanchéité 48 est, par exemple, une soudure métal-céramique réalisée entre la plaque intermédiaire 46 et la paroi latérale 26, à la périphérie de la plaque intermédiaire 46. Le dispositif électronique 12 selon l'invention permet alors d'améliorer le refroidissement des composants semi-conducteurs 28 lorsqu'ils sont en fonctionnement et électriquement alimentés, de par la circulation du liquide de refroidissement autour des organes élastiques 30 électriquement conducteurs. Les premier et deuxième orifices de passage 38, 40 sont destinés à permettre au liquide de refroidissement de pénétrer à l'intérieur du dispositif électronique 12, entre la paroi intermédiaire d'étanchéité 32 et la plaque d'appui 24, via le premier orifice de passage 38 (flèche F1), puis de circuler entre la paroi intermédiaire d'étanchéité 32 et la plaque d'appui 24, avant de ressortir du dispositif électronique 12 via le deuxième orifice de passage 40 (flèche F2). Le liquide de refroidissement en circulant au contact de la paroi intermédiaire d'étanchéité 32 et des organes élastiques 30 permet d'assurer une évacuation efficace des calories engendrées par l'échauffement des composants semi-conducteurs 28 en fonctionnement, tout en ne perturbant pas le fonctionnement desdits composants semiconducteurs 28 de par la présence de la paroi d'étanchéité 32 séparant les composants semi-conducteurs 28 du liquide de refroidissement. La pression du liquide de refroidissement est, par exemple, de quelques bars. En outre, la présence des organes élastiques 30 permet de faciliter la fabrication du dispositif électronique 12, comme connu en soi, notamment du document US 5,705,853 A précité. On conçoit ainsi que le dispositif électronique semi-conducteur 12 selon l'invention permet de réduire la température maximale en fonctionnement des composants semi- conducteurs 28, afin d'éviter une détérioration de ceux-ci. La figure 3 illustre un deuxième mode de réalisation de l'invention pour lequel les éléments analogue au premier mode de réalisation, décrit précédemment, sont repérés par des références identiques, et ne sont pas décrits à nouveau.
Selon le deuxième mode de réalisation, le dispositif 12 comprend en outre un circuit 70 de circulation d'un deuxième liquide de refroidissement à l'intérieur de la plaque autre que la plaque d'appui parmi la plaque inférieure 22 et la plaque supérieure 24, le circuit de circulation 70 comportant une cavité 72 ménagée dans ladite plaque autre que la plaque d'appui. Dans l'exemple de réalisation de la figure 4, la plaque d'appui est la plaque supérieure 24, et la plaque autre que la plaque d'appui est la plaque inférieure 22. Autrement dit, la cavité 72 est ménagée à l'intérieur de la plaque inférieure 22. La plaque 22 autre que la plaque d'appui 24 comporte en outre un troisième orifice 74 de passage du deuxième liquide de refroidissement et un quatrième orifice 76 de passage du deuxième liquide de refroidissement.
Les troisième et quatrième orifices de passage 74, 76 sont chacun en forme d'un trou traversant entre la cavité 72 et l'extérieur de la plaque autre que la plaque d'appui. Les troisième et quatrième orifices de passage 74, 76 sont destinés à faire communiquer la cavité 72 avec l'extérieur, pour permettre au deuxième liquide de refroidissement de pénétrer à l'intérieur de la cavité 72 via le troisième orifice de passage 74 (flèche F3), puis de circuler dans ladite cavité 72, avant de ressortir de ladite cavité 72 via le quatrième orifice de passage 76 (flèche F4). Le deuxième liquide de refroidissement est, par exemple, identique au premier liquide de refroidissement circulant à travers le circuit de refroidissement 16 et est alors entrainé par l'appareil d'entrainement 14. Les troisième et quatrième orifices de passage 74, 76 sont alors connectés au circuit de refroidissement 16 par l'intermédiaire des premier et deuxième canaux 34, 36 correspondants. Le fonctionnement de ce deuxième mode de réalisation est analogue à celui du premier mode de réalisation décrit précédemment, et n'est pas décrit à nouveau. Le dispositif électronique 12 selon ce deuxième mode de réalisation permet d'améliorer encore le refroidissement des composants semi-conducteurs 28 en assurant une circulation du liquide de refroidissement de part et d'autre des composants semiconducteurs 28 selon l'axe d'empilement vertical Z correspondant à la direction de circulation du courant électrique. En d'autres termes, le dispositif électronique 12 selon ce deuxième mode de réalisation permet une circulation du liquide de refroidissement en regard de chacune des première et deuxième électrodes 42, 44. La figure 4 illustre un troisième mode de réalisation de l'invention pour lequel les éléments analogue au premier mode de réalisation, décrit précédemment, sont repérés par des références identiques, et ne sont pas décrits à nouveau. Selon le troisième mode de réalisation, la paroi latérale 26 comporte un premier tronçon 100 et un deuxième tronçon 102 disposés de part et d'autre de la plaque intermédiaire 46 selon la direction verticale Z.
Le premier tronçon 100 est électriquement isolant et disposé entre la plaque inférieure 22 et la plaque intermédiaire 46. Le premier tronçon 100 est de préférence réalisé en matériau céramique. Le deuxième tronçon 102 est électriquement conducteur et disposé entre la plaque intermédiaire 46 et la plaque supérieure 24. Le deuxième tronçon 102 est, par exemple, réalisé dans le même matériau que les plaques inférieure et supérieure 22, 24. Le deuxième tronçon 102 comporte le premier orifice 38 de passage du liquide de refroidissement, le premier orifice de passage 38 étant destiné à être connecté à un premier canal 34 correspondant, et le deuxième orifice 40 de passage du liquide de refroidissement, le deuxième orifice de passage 40 étant destiné à être connecté à un deuxième canal 36 correspondant. Les premier et deuxième tronçons 100, 102 sont de préférence chacun en forme d'une paroi de révolution autour de l'axe d'empilement vertical Z. La plaque intermédiaire 46 s'étend alors, perpendiculairement à la direction verticale Z, jusqu'à la périphérie extérieure de la paroi latérale 26, c'est-à-dire jusqu'à la périphérie extérieure du premier tronçon 100 et du deuxième tronçon 102. Le joint d'étanchéité 48 est, par exemple, une soudure métal-céramique réalisée entre la plaque intermédiaire 46 et le premier tronçon 100. La soudure métal-céramique est, par exemple, disposée entre une face transversale de la plaque intermédiaire 46 et une face transversale correspondante du premier tronçon 100, lesdites faces transversales étant en regard l'une de l'autre et s'étendant perpendiculairement à la direction verticale Z. Le fonctionnement de ce troisième mode de réalisation est analogue à celui du premier mode de réalisation décrit précédemment, et n'est pas décrit à nouveau. Le courant électrique entre les composants semi-conducteurs 28 et la face supérieure 24 est propre à circuler à travers les organes élastiques 30 et en outre à travers le deuxième tronçon 102. En variante, les organes élastiques ne sont pas électriquement conducteurs et le courant électrique entre les composants semi-conducteurs 28 et la face supérieure 24 est propre à circuler seulement à travers le deuxième tronçon 102. Le dispositif électronique 12 selon ce troisième mode de réalisation permet d'améliorer encore la circulation du courant électrique entre les composants semiconducteurs 28 et la face supérieure 24, tout en conservant un bon refroidissement des composants semi-conducteurs 28.
La figure 5 illustre un quatrième mode de réalisation de l'invention pour lequel les éléments analogue au troisième mode de réalisation, décrit précédemment, sont repérés par des références identiques, et ne sont pas décrits à nouveau. Selon le quatrième mode de réalisation, le dispositif 12 comprend en outre le circuit 70 de circulation du deuxième liquide de refroidissement à l'intérieur de la plaque autre que la plaque d'appui parmi la plaque inférieure 22 et la plaque supérieure 24, le circuit de circulation 70 comportant la cavité 72 ménagée dans ladite plaque autre que la plaque d'appui, tel que décrit précédemment pour le deuxième mode de réalisation. Dans l'exemple de réalisation de la figure 5, la plaque d'appui est la plaque supérieure 24, et la plaque autre que la plaque d'appui est la plaque inférieure 22. Autrement dit, la cavité 72 est ménagée à l'intérieur de la plaque inférieure 22. La plaque 22 autre que la plaque d'appui 24 comporte en outre le troisième orifice 74 de passage du deuxième liquide de refroidissement et le quatrième orifice 76 de passage du deuxième liquide de refroidissement, tels que décrits précédemment.
Le fonctionnement de ce quatrième mode de réalisation est analogue à celui du premier mode de réalisation décrit précédemment, et n'est pas décrit à nouveau. Le dispositif électronique 12 selon ce quatrième mode de réalisation permet d'optimiser à la fois le refroidissement des composants semi-conducteurs 28, en assurant une circulation du liquide de refroidissement de part et d'autre des composants semi- conducteurs 28 selon l'axe d'empilement vertical Z correspondant à la direction de circulation du courant électrique, et la circulation du courant électrique entre les composants semi-conducteurs 28 et la face supérieure 24, à travers le deuxième tronçon 102. La figure 6 illustre un cinquième mode de réalisation de l'invention pour lequel les éléments analogue au quatrième mode de réalisation, décrit précédemment, sont repérés par des références identiques, et ne sont pas décrits à nouveau. Selon le cinquième mode de réalisation, la plaque intermédiaire 46 est coupée en deux suivant un plan transversal médian P, à savoir en une première plaque intermédiaire 200 et en une deuxième plaque intermédiaire 202. Le plan transversal P s'étend perpendiculairement à la direction verticale Z. Autrement dit, la plaque intermédiaire 46 comporte la première plaque intermédiaire 200 et la deuxième plaque intermédiaire 202 disposées l'une au-dessus de l'autre selon la direction verticale Z. La première plaque intermédiaire 200 est disposée au contact des composants semi-conducteurs 28 et fixée au premier tronçon 100.
La deuxième plaque intermédiaire 202 est disposée au contact des organes élastiques 30 et fixée au deuxième tronçon 102. Les première et deuxième plaques intermédiaires 200, 202 forment la plaque intermédiaire 46 et sont électriquement conductrices. Elles sont, par exemple, réalisées dans le même matériau électriquement conducteur. Le joint d'étanchéité 48 est, par exemple, une soudure métal-céramique réalisée entre la première plaque intermédiaire 200 et le premier tronçon 100. La soudure métal-céramique est, par exemple, disposée entre une face transversale de la première plaque intermédiaire 200 et une face transversale correspondante du premier tronçon 100, lesdites faces transversales étant en regard l'une de l'autre et s'étendant perpendiculairement à la direction verticale Z. Le fonctionnement de ce cinquième mode de réalisation est analogue à celui du quatrième mode de réalisation décrit précédemment, et n'est pas décrit à nouveau. Le cinquième mode de réalisation permet de proposer le dispositif électronique 12 sous une forme plus modulaire. En effet, la plaque inférieure 22, les composants semi- conducteurs 28, ainsi que le premier tronçon 100 et la première plaque intermédiaire 200 fixés entre par la soudure métal-céramique, forment un premier module M1, et la deuxième plaque intermédiaire 202, le deuxième tronçon 102, les organes élastiques 30 et la plaque supérieure 24 forment un deuxième module M2, comme représenté sur la figure 6. Ceci permet de faciliter en outre la fabrication du dispositif électronique 12 puisque le premier module M1 comportant les composants semi-conducteurs 28 nécessite d'être assemblé dans un environnement avec un taux d'impuretés réduit, tel qu'une salle blanche, alors que le deuxième module M2 ne nécessite pas d'être assemblé dans un environnement avec un taux d'impuretés réduit. Selon un sixième mode de réalisation, non représenté, le dispositif électronique 12 est analogue au quatrième mode de réalisation décrit précédemment en regard de la figure 5 et la plaque intermédiaire 46 est coupée en deux suivant un plan transversal médian P, à savoir en la première plaque intermédiaire 200 et en la deuxième plaque intermédiaire 202, tel que décrit précédemment pour le cinquième mode de réalisation. Le plan transversal P s'étend perpendiculairement à la direction verticale Z. Le dispositif électronique 12 selon ce sixième mode de réalisation permet d'optimiser à la fois le refroidissement des composants semi-conducteurs 28, de par la circulation du liquide de refroidissement en regard de chacune des première et deuxième électrodes 42, 44, et la circulation du courant électrique entre les composants semi- conducteurs 28 et la face supérieure 24, à travers le deuxième tronçon 102. Le dispositif électronique 12 selon le sixième mode de réalisation propose en outre un agencement modulaire avec les premier et deuxième modules M1, M2, ce qui permet d'en faciliter la fabrication. On conçoit ainsi que le dispositif électronique semi-conducteur 12 selon l'invention permet de réduire encore la température maximale en fonctionnement des composants semi-conducteurs 28, afin d'éviter une détérioration de ceux-ci.
Claims (12)
- REVENDICATIONS1.- Dispositif électronique semi-conducteur (12) destiné à être monté dans un ensemble à empilement pressé (10), le dispositif électronique semi-conducteur (12) comprenant : - un boitier (20) comportant une plaque inférieure (22), une plaque supérieure (24) et une paroi latérale (26) reliant mécaniquement la plaque inférieure (22) à la plaque supérieure (24), les plaques inférieure (22) et supérieure (24) étant électriquement conductrices, - une pluralité de composants semi-conducteurs (28), chaque composant semi- conducteur (28) comportant une première électrode (42) et une deuxième électrode (44), les premières électrodes (42) étant reliées électriquement à la plaque inférieure (22) et les deuxièmes électrodes (44) étant reliées électriquement à la plaque supérieure (24), et - des organes élastiques (30), de préférence électriquement conducteurs, disposés entre les composants semi-conducteurs (28) et une plaque d'appui (24) choisie parmi la plaque inférieure (22) et la plaque supérieure (24), caractérisé en ce qu'il comprend en outre une paroi intermédiaire d'étanchéité (32) disposée à l'intérieur du boitier (20), entre les composants semi-conducteurs (28) et les organes élastiques (30), la paroi intermédiaire d'étanchéité (32) reliant électriquement les composants semi-conducteurs (28), la paroi intermédiaire d'étanchéité (32) étant adaptée pour séparer les composants semi-conducteurs (28) d'un liquide de refroidissement, électriquement isolant, propre à circuler autour des organes élastiques (30), entre la paroi intermédiaire d'étanchéité (32) et la plaque d'appui (24).
- 2.- Dispositif (12) selon la revendication 1, dans lequel la paroi intermédiaire d'étanchéité (32) comporte une plaque intermédiaire (46) électriquement conductrice agencée au contact des composants semi-conducteurs (28) et un joint d'étanchéité (48) disposé entre la plaque intermédiaire (46) et la paroi latérale (26).
- 3.- Dispositif (12) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la paroi latérale (26) est électriquement isolante et les organes élastiques (30) sont électriquement conducteurs.
- 4.- Dispositif (12) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la paroi latérale (26) comporte un premier tronçon (100) et un deuxième tronçon (102) disposés de part et d'autre de la paroi intermédiaire d'étanchéité (32) selon la direction verticale (Z), lepremier tronçon (100) étant électriquement isolant et disposé entre la paroi intermédiaire d'étanchéité (32) et la plaque (22) autre que la plaque d'appui (24) parmi la plaque inférieure (22) et la plaque supérieure (24), et le deuxième tronçon (102) étant disposé entre la paroi intermédiaire d'étanchéité (32) et la plaque d'appui (24), le deuxième tronçon (102) étant de préférence électriquement conducteur.
- 5.- Dispositif (12) selon les revendications 2 et 4, dans lequel la plaque intermédiaire (46) s'étend, perpendiculairement à la direction verticale (Z), jusqu'à la périphérie extérieure de la paroi latérale (26).
- 6.- Dispositif (12) selon la revendication 5, dans lequel la plaque intermédiaire (46) comporte une première plaque intermédiaire (200) et une deuxième plaque intermédiaire (202) disposées l'une au-dessus de l'autre selon la direction verticale (Z), la première plaque intermédiaire (200) étant disposée au contact des composants semi-conducteurs (28) et du premier tronçon (100), et la deuxième plaque intermédiaire (202) étant disposée au contact des organes élastiques (30) et du deuxième tronçon (102).
- 7.- Dispositif (12) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif (12) comprend en outre un circuit (70) de circulation d'un deuxième liquide de refroidissement à l'intérieur de la plaque (22) autre que la plaque d'appui (24) parmi la plaque inférieure (22) et la plaque supérieure (24), le circuit de circulation (70), comportant une cavité (72) ménagée à l'intérieur de ladite plaque (22) autre que la plaque d'appui (24).
- 8.- Dispositif (12) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la plaque inférieure (22) et la plaque supérieure (24) sont sensiblement planes et parallèles l'une de l'autre, et les organes élastiques (30) sont élastiques suivant une direction sensiblement perpendiculaire aux plaques inférieure (22) et supérieure (24).
- 9.- Dispositif 12) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque organe élastique (30) est un élément choisi parmi le groupe constitué de : un ressort et un piston.
- 10.- Dispositif (12) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque composant semi-conducteur (28) est un élément choisi parmi le groupe constitué de : un transistor IGBT, un transistor IEGT, un transistor MOSFET et une diode.
- 11.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la paroi latérale (26) comporte au moins un orifice (38, 40) de passage du liquide de refroidissement, le ou chaque orifice (38, 40) de passage traversant la paroi latérale (26), le ou chaque orifice (38, 40) de passage étant propre à être relié à un appareil d'entraînement du liquide de refroidissement (14).
- 12.- Ensemble à empilement pressé (10) comportant une pluralité de dispositifs électroniques semi-conducteurs (12) pressés selon un axe d'empilement vertical (Z), caractérisé en ce qu'au moins un dispositif électronique semi-conducteur (12) est conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.
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Legal Events
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