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DISPOSITIF SEMI CONDUCTEUR I)AYI LEQUEL LES
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CONTACTS SONT ETABLIS PAR PRESSION..
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La présente invention se rapporte, d'une
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eianière générale, aux dispositifs semi conducteurs et plus particulièrement à un dispositif aemim , cnnduoteur QÙ les contacta sont établis par pression.
Dans les dispositifs eemi conducteurs 4 oontaots par preSSiQn1 certaines coïmexiona entre les contacts 4100trîques et 1!416mint eemî oonducteur zo#.>i; maintenues par presson,, Cleét ainei qu'un ataets dlectpiqu.6 soit ét e maintenu, entr If. ::il de et le6lectrodé sans produire de loca 41 es excessives pouvant provoque,-
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une défaillfmoe prématurée dfe Il élément, semicandue- teur.
En conséquence, le but principal de l'in- vention est de réaliser un dispositif semi conduc- teur à contacts par pression dans lequel la forte pression est uniformément répartie sur l'élément semi conducteur.
Pour atteindra cet objectif, la présente invention apporte un dispositif semi conducteur qui comprend un organe de base, une plaquette semi conductrice supportée; par cet organe de base et ayant une première et une seconde régions présentant respectivement un certain mode de conduction et le mode,de conduction opposé, un élément d'amortisse- ment déformable disposé sur ladite plaquette et ayant une face supérieure et une face inférieure et des moyens de contact disposés sur chaque face dudit élément en contact électrique et thermique avec elles, et des moyens pour appliquer une force sur ledit élément d'amortissement afin de maintenir celui-ci, la dite plaquette et ledit organe de base en contact thermique et électrique entre eux-
D'autres caractéristiques et avantagea de l'invention ressortiront de la description qui va suivre,
en référence au dessin annexé, dans lequel-, - la figure 1 est une vue, partiellement en.coupe, d'un ensemble de contacts conferme à l'invention;
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- la figure 2 est une vue, partiellement en coupe!. d'un ensemble de contacts préféré conforme à l'invention; - la figure 3 est une vue latérale, partiellement en coupe, d'une partie d'un dispositif électrique comportant l'ensemble de contacts de la figure 1;
et - la figure 4 est une vue latérale, partiellement en coupe, d'un dispositif électrique à contacts par compression comportant la partie du dispositif électrique représentée sur la figure 3'
La figure 1 montre un ensemble de contacts électrique 1 conforme à l'invention. Cet ensemble 1 comprend un élément d'amortissement facilement déformable 2, un premier élément de contact 3 conduc- teur de l'électricité et de la chaleur, un second élément de contact 4 conducteur de la chaleur et de l'électricité et un certain nombre d'éléments 5 conducteurs de la chaleur et de l'électricité.
L'élément d'amortissement 2 est fait d'une matière non conductrice de l'électricité et présente une face supérieure 6, une face inférieure 7, une ouverture centrale 8 et un certain nombre d'ouvertures 9. Les ouvertures 8 et 9 s'étendent de part en part entre la face supérieure 6 et la face inférieure 7 de l'élément 2.
Les éléments de contact 3 et 4 sont constitués par un métal conducteur de l'électricité et de
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la chaleur comme, par exemple, l'argent* Les éléments ' de contact 3 et 4 sont disposés respectivement sur une partie, au moins, de chacune des faoes 6 et 7.
Les éléments de contact 3 et 4 sont reliée l'un à l'autre par les éléments 5 disposés dans les ouver- tures 9. Les éléments 5 sont constitués par des éléments conducteurs de l'électricité comme, par exemple, des conducteurs électriques flexibles ou des ressorte conducteurs de l'électricité.
En se référant à la figure 2, on voit un ensemble de contacts préféré 10 conforme à l'inven- tion. L'ensemble 10 est une modification de l'ensemble de contacts 1 de la figure 1. L'ensemble 10 comprend un élément d'amortissement perforé 12 et un élément de contact 14 conducteur de l'électricité et de la chaleur.
%'élément 12 présente une face supérieure
16, une face inférieure 18, un bord périphérique 20 et une ouverture 22 s'étendant de part en part de la face supérieure 16 à la faoe inférieure 18.
L'élément 12 est constitué par une matière qui compense les inégalités de la surface 16 et/ou de la surface 18 avec laquelle il vient au contact.
Cette matière possède des propriétés physiques qui lui permettent de fluer à froid sous pression. Ce fluage à froid ne se poursuit que jusqu'à une limite donnée puis cesse,après quoi,l'élément 22 agit comme un
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organe rigide.
Avec les propriétés d'un org@@ rigide, la matière de l'élément 12 transmet en continu. les
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pee1Qne qui août applique z la artace 16 ou à la surface 18.eana qu'il oe pxod;t4e de fluage gpprêclable à froid. A une températu': de l'ordre de 200 à 250001 mate de préférence, inf/Pieu:re, et sous une pression, de préférence, aup'I'1eu:re è. 56 1tg!cnn2, la déformation adm-11-4ible de l'élément 12 dl'it être aussi faible que poel5'ple pour protéger In f I,bi"" lité fonotionnelle du dis,fo3i%if électrique utîl,,,ant eelu.i-'oit Les matières -préférées pour llêlèmerf '!2 ayant les propriétés e-4sirées opécifées Oi-ttS8a8g sont le polytétrafluoroéthylène et le triflu ' oinono" ohloroéthylène.
En plue de ces propriétés cg deux matières sont également de bons isolants pci des dispositifs électriques dont la températurfpeut, en fonctionnement? atteindre jusqu'à 25000 e@@ron.
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Les faces 16 et 18 de l'é1éroen; i2 sont les deux grandes faces opposées de celui-ci qui sont sensiblement parallèles entre elles. L'élevent de contact 14 est disposé autour de la périphérie extérieure et sur une partie de chacune des partie . périphériques
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extérieures des grandes faces de 1' ..ement 12. - L'élément 14 est conçu pour laisse/ un espace entre lui et le bord périphérique extérteur 20 de l'élément
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12. Cet espace permet à l,éléme-f 12 de fluer sous
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pression dans toutes les directions.
L'élément de contact 14 est constitué par un métal choisi dans le groupe compressât le cuivre, l'or, l'argent, le nickel, l'étain, l'indium et Ion alliages à base de ceux-ci;.
Quand une pression est appliquée à l'ensemble de contacts 10, l'élément 12, qui est Boue pression, flue dans toutes les directions. Les faces 16 et 18 de l'élément 12 fluent jusqu'à ce qu'elles épousent toutes les parties de'!! surfaces avec lesquelles elle$ sont en contact et en particulier le contour des faces de l'élément de contact 14, Les faces 16 et 18 de l'élément 12 fluent autour de l'élément de contact 14 jusqu'à ce que la.face extérieure de l'élément,14 et les faces 16 et 18 de l'élément 12 soient essentiellement dans le même plan, Pendant ce temps,
d'autres parties de l'élément 12 fluent de manière à remplir partiellement l'espace délimite par le bord périphérique extérieur 20 de l'élément 12 et les par-' ties de la face intérieure de l'élément de contact 14.
En se référant à la figure 3, on voit une partie d'un dispositif électrique à contacts par pression comportant l'ensemble de contacts 10.
Cette partie du dispositif 'électrique représentée comprend un ensemble semi conducteur -24, l'ensemble de contacts 10, un ensemble de contacts multiples 28, et la base 30 d'un boîtier.
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L'ensemble semioonduoteur 24 comprend un élément semi conducteur 32, un contact électrique 34 et une oouohe 56 d'un métal malléable conducteur de l'électricité et de la chaleur.
L'élément semi conducteur 32 comprend un corps d'une matière semi conductrice choisie dans le groupe comprenant le silicium, le carbure de silicium, le germanium, les composés des groupée
III et V et les composés des groupes II et VI.
L'élément 32 a deux régions 36 et 38 présentant un premier mode de conduction une jonction p-n 42 entre les régions 36 et 40 et une jonction p-n 44 entre les régions 38 et 40,
Un contact électrique annulaire 46 est disposé sur une partie périphérique extérieure de l'élément 32 en contact électrique avec la région
38 ayant le premier mode de conduction. Un contact électrique 48 en forme de bouton est disposé au cen- tre de la même face de l'élément 32 que le contact
46 et est en contact électrique avec la région 40 ayant le second mode de oonduction.
L'élément 32 est uni au contact électrique
34 par une couche de soudure convenable 50 oonstituée, par exemple, par un alliage d'argent, de plomb et d'antimoine.
Le contact électrique 34 a un coefficient ,le , dilatation thermique très voisin de celui de
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l'élément semi conducteur 32..le contact 34 consti- tue également un support solide pour l'élément 32.
.Le contact 34 est constitué par un métal choisi dans le groupe comprenant le molybdène,le tungstène, le tantale, et les alliages à base de .-ceux-ci.
Le contact 34 est disposé dans un renfon- oement 52 ménagé dans la face supérieure 54 de la base 30, une couche 56 d'un métal malléableconducteur de l'électricité et de la chaleur, choisi dans le groupe comprenant l'or, l'argent, l'étain et l'aluminium étant placée entre le contact 34 et la surface du renfoncement 52 de la base 30.
L'ensemble 28 comprend une rondelle de cuivre 58 brasée à un connecteur électrique creux 60 s'élevant de la rondelle 58. Un tampon isolant 62 est inséré à glissement dans le connecteur creux 60.
En se référant à la figure 4, on voit un premier conducteur électrique 64 qui s'étend à travers une fente 66 pratiquée dans la paroi latérale du connecteur creux 60 et qui s'abaisse à travers le centre du tampon 62 pour se terminer par un élément de contact en forme de bouton 68 que montre la figure 3. Une couche 70 de matière isolante est disposée autour du conducteur 64 et l'extrémité inférieure de la couche isolante 70 est scellée dans le tampon 62.
Une pression est maintenue sur l'élément de contact en forme de bouton 68 au moyen d'un ressort
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hélicoïdal 72 logé dans le @nnecteur creux 60.
Une rondelle is@ante 74 est disposée en' e le tampon 62 et le ress@@@ 72. La rondelle de miel
74 protège la couche plante 70 du conducteur @@ec- trique 64 de l'usure t des dommages que poury/it causer le ressort 72 évitant ainsi des cour@@-circuits accidentels entre connecteur 60 et le @@@ducteur 64 par le ressort 72.
Le resort 72 est maintenu en oppression par un tampon 76 qui s'ajoute étroitement dans l'extrémité supérieure @ connecteur creux 60. Le ressort 72 main- tient une @ession constante allant d'au moins 1,3 kg à 2,2 kg @r l'élément de contact en forme de bouton 68 quan@il est appliqué contre le contact 48.
En se référant à nouveau à la figure 3, on voit @e l'ensemble de contacts 10 est disposé entre la :-ridelle de cuivre 58 et le contact 46. Une partie du @mpon 62 passe à travers l'ouverture 22 de l'élément 12. Quand une pression est appliquée à l'ensemble .- contacts 28, la rondelle 58 établit le contact lectrique avec l'élément de contact 14 de l'ensemble de @ontacts 10, lequel de son côté, établit le contact électrique avec le contact 46. La force ainsi appliquée ' it que l'élément 12 flue partiellement jusqu'à ce qu'il - .tteigne son état semi rigide.
Avant d'atteindre cet état semi rigide, l'élément 12 flue suffisamment pour épouser le contour de toutes les surfaces adjacentes à ses faces
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16 et 18. En atteignant l'état semi rigide, l'élément
12 transmet uniformément la pression qui lui est appliquée sur la surface de l'élément 32 et au con- tact 46, de sorte qu'un contact électrique est main-* tenu entre la rondelle 58 et le contact 46 par l'élément de contact 14 de l'ensemble 10.
Après'application de la pression, le contact
68 situé à l'extrémité du conducteur 64 et le contact électrique 48 de l'élément 32 sont aussi reliés électriquement. Le contact 68 oblige le tampon 62 à glisser vers le haut dans le connecteur- creux 60, comprimant ainsi le ressort 72 (fig.4). Le ressort
72 constitue un moyen approprié pour maintenir la liaison électrique entre les contacts 68 et 48.
En se référant à la figure 4, on voit un dispositif électrique 80 à contacts par pression qui est constitué en partie par la partie du dispositif électrique représentée sur la figure 3..
Le dispositif 80 comprend un socle 30, qui peut être en cuivre, laiton, aluminium ou en un autre métal approprié conducteur de l'électricité et de la, chaleur. Le socle 30 comporte, à son extrémité infé- rieure, une partie filetée 82 permettant'd'assembler le dispositif 80 dans un appareil électrique. Le socle
30 est pourvu d'un épaulement périphérique 84 auquel une bague de soudage 86 est fixée par un moyen conve- nable, par exemple, par une couche de brasure à
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l'argent (non représenté).
Un bottier intérieur 88 ayant une bordure extérieure 90 à son extrémité inférieure et une partie supérieure taraudée 92 est uni à la bague de soudage 86 par la bordure 90. L'ensemble semi conduc- teur 24 est placé dans le renfoncement 52 du socle 30 et dans le boîtier intérieur 88. L'ensemble de contacts 10 et l'ensemble de contacts multiples 28 sont ensuite disposés respectivement dans le bottier intérieur 88 et sur l'ensemble semi conducteur 24.
Une première rondelle métallique de poussée 94 est placée sur le dessus de la rondelle 58, une rondelle isolante 96 étant placée au dessus du connecteur creux 60 de l'ensemble de contacts 28 et sur le dessus de la rondelle de poussée 94. Une seconde rondelle métallique de poussée 97 est disposée audessus de la rondelle isolante 96. Au moins une rondelle Belleville 98 est placée au-dessus du conneoleur creux 60 sur la rondelle de poussée 97. Une troi- sième rondelle métallique de poussée 100 est placée au-dessus du connecteur creux 60 sur la rondelle Belle ville 98.
Une pression prédéterminée est appliquée à la troisième rondelle de poussée 100 pour solliciter élastiquement l'ensemble de contacta multiples 28, l'ensemble de contacts 10, l'ensemble semi conducteur 24 et le socle 30 en relation de conduction électrique
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et thermique. Tout en maintenant la pression prédé- terminée, un tampon perforé fileté extérieurement 102 est placé au-dessus du connecteur creux 60 et -est vissé dans le 'boîtier intérieur 88 pour maintenir cette pression..
Après que le dispositif 80 a été assemblé de la manière décrite, tout l'ensemble est enfermé dans un capuchon 104.
Le capuchon 104 comprend une bordure de soudage 106, des parois latérales de céramique 108, une plaque supérieure métallique 110, un élément métallique en godet 112, un isolateur de céramique 114, un tube métallique 116, une première patte de connexion 118 et une seconde patte de connexion 120.
L'enveloppe 104 est unie à la bague de soudage 86 par la bordure de soudage 106.
Le conducteur 64 s'élève 4 travers le tube métallique 116. Le tube métallique 116 est ensuite scellé pour enfermer hermétiquement loua les compo- eants dans le capot 104.
La seconde patte de connexion 120 et l'élé. ment en godet 112 sont sertis autour de la partie supérieure du connecteur creux 60 dans la région du tampon 76 pour établir une connexion électrique entre une partie de l'ensemble de contacts 28 et un circuit électrique extérieur au dispositif 80.
Bien que cela ne soit pas indispensable, il
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est préférable' de disposer un filtre moléculaire 122 autour du connecteur creux 60, sur la troisième pareils métallique de poussée 100 et dans l'ouverture du tampon fileté 102. Le filtre 122 sert à faire le yole de dispositif d'absorption de l'humidité.
Pendant une Marie d'essais, les dispositifs semi conformez à l'invention ayant des éléments d'amortissement de 0,75 mm d'épaisseur ont été exposés à des températures allant jusqu'à 200 C pendant des périodes atteignant 168 heures tout en appliquant des pressions jusqu'à 70 kg/cm2.
L'examen des ensembles de contacts après les essais a montré que les éléments d'amortissement avaient été déformés pour fluer autour de certaines' parties des surfaces avec lesquelles ils étaient au contact. Les éléments semi conducteurs n'ont révélé auonn défaut apparent. Les essais électriques de l'élément n'on montré aucun écart des caractéristi- ques prévues.