Brevet FR2001344A1 — publié le 19690926

i 2001344 La présente invention concerne un dispositif à semiconducteurs et, plus particulièrement, un perfectionnement à la protection contre l'humidité d'un dispositif à semi-conducteurs qui comporte une couche protectrice formée de manière à recou-5 vrir la surface d'un corps semi-conducteur comportant une ou plusieurs jonction p-n. Il est bien connu qu'un dispositif à semi-conducteurs qui comprend un corps semi-conducteur comportant au moins une jonction p-n comme par exemple un transistor du type planar, est 10 affecté considérablement par l'humidité de l'atmosphère, par exemple la vapeur d'eau entourant le corps semi-conducteur.G1 est pourquoi, dans un dispositif à semi-conducteurs classique, la surface du corps semi-conducteur de ce dispositif est recouverte par une couche protectrice de matière isolante et la totali-15 té du corps semi-conducteur est enfermée hermétiquement par; une capsule étanche au vide ou est noyée dans une résine, grâce à quoi la caractéristique du dispositif à semi-conducteurs n'est pas affectée défavorablement du fait de ces effets de l'atmosphère» Par exemple, on utilise généralement une couche de bi-20 oxyde de silicium comme couche protectrice dans un transistor au silicium. Toutefois, du fait que le bioxyde de silicium ne convient pas nécessairement bien comme couche protectrice de l'humidité si une stabilisation plus poussée de la surface du corps semi-conducteur est nécessaire, on forme sur ladite cou-25 ehe de bioxyde de silicium une autre couche protectrice ayant une excellente propriété de protection contre l'humidité. En particulier, dans le cas d'un dispositif à semi-conducteurs du type enrobé par une résine, il est nécessaire d'utiliser une autre couche protectrice de ce genre en raison du fait que la 30 résine possède rarement par elle-même une propriété de protection contre l'humidité,, la présente invention a pour objet un dispositif à semi-conducteurs perfectionné qui possède une aptitude particulièrement excellente de protection contre l'humidité. 35 le dispositif à semi-conducteurs conforme à la pré sente invention est caractérisé par une couche protectrice de l'humidité, faite d'un polymère fluoré et formée sur la surface d'un corps semi-conducteur comportant au moins une jonction p-n. Le polymère fluoré mentionné ci-dessus désigne un 40 polymère organique qui contient du fluor et possède une bonne 69 02480 2 2001344 caractéristique hydrofuge, au moyen duquel on peut former une couche assurant une bonne protection contre l'humidité», Dans la présente invention, on obtient un bon résultat en formant la couche protectrice sur la suriace du corps) 5 semi-conducteur, cette couche étant composée de polymères oïga-niques fluorés tels que le polytétrafluoréthylène, le polychlo-rotrifluoréthylène, le fluorure de polyvinyle, le fluorure de polyvinylidène, 1'hexafluoropropylène, le perfluoralcool-ester d'acide polyacrylique, un copolymère de tétrafluoréthylène et 10 d'hexafluoropropylène et un copolymère de chlorotrifluoréthylène et de fluorure de vinylidène® la matière connue sous la marque déposée de "leflon-S" de du Pont Co., U.S.A0 possède une propriété similaire à celle du polytétrafluoréthylène précité et une matière connue sous la 15 marque déposée de "FX-TOô" de 3M and Co, U.S.A. possède une propriété similaire à celle du perfluoroalcool-ester d'acide polyacrylique précité, ces deux matières étant efficaces pour former la couche protectrice contre l'humidité conformément à la présente invention» 20 Du fait qu'un dispositif à semi-conducteurs compor tant habituellement une structure telle qu'un corps semi-conducteur est enfermé hermétiquement dans une capsule ou est enrobé par une résine en vue de la protection mécanique du corps semiconducteur, si la couche de polymère organique fluoré est formée 25 sur la surface du corps semi-conducteur de manière à être protégée par le capot en métal ou par la résine contre tout endommageaient provenant d'une force mécanique extérieure, ladite couche de polymère organique fluoré devient, en général, une couche stable de protection contre l'humidité pour un dispositif à semi-30 conducteurs» la couche de protection contre l'humidité, composée par un polymère organique fluoré, .est de préférence, formée après que le corps semi-conducteur a été fixé sur une tige de support, sur la totalité de la surface du corps semi-conducteur, de ma-35 nière à recouvrir la partie de connexion entre.les électrodes et les éléments de connexion disposés sur la surlace du corps semiconducteur. Grâce à une telle structure, on empêche ^efficacement l'humidité de pénétrer-dans le corps semi-conducteur, soit par les ouvertures réservées aux électrodes et ménagées dans la cou-40 che .isolante d'oxyde ou de nitrure qui est d'abord formée sur 69 02480 3 2001344 la surface principale du corps semi-conducteur, soit par le côté du corps semi-conducteur « Il convient de noter que le dispositif à semi-conducteurs conforme à la présente invention n'est pas limité à un é-5 lément semi-conducteur discret tel qu'un transistor,, En d'autres termes, un dispositif semi-conducteur à circuits intégrés comportant plusieurs éléments de circuit dans un corps semi-conducteur commun n'est pas différent du dispositif à semi-conducteurs décrit quant à la portée de la présente invention® 10 Du fait qu'il comporte la couche de protection cons tituée par un polymère organique fluoré, le dispositif à semiconducteurs de la présente invention possède une stabilité excellente contre l'humidité par rapport à un dispositif classique, non seulement dans le cas où. l'on utilise la capsule métal-15 lique de fermeture étanche qui, par elle-même, assure une protection contre l'humidité pour protéger mécaniquement le corps semi-conducteur précité, mais encore dans le cas où. l'on utilise la structure d'enrobage en résine ayant une propriété médiocre de protection contre l'humidité. 20 L'efficacité tien définie de la présente invention apparaîtra au cours de l'exposé qui va suivre d'un transistor comprenant une structure d'enrobage en résine qu'on a décrit en le comparant à un dispositif classique et en se référant au dessin annexé sur lequel : 25 la figure 1 est une coupe montrant la partie princi pale d'un transistor dans un mode de réalisation conforme à la présente invention j la figure 2 est une vue de dessus montrant la partie principale d'un dispositif à semi-conducteurs du type enrobé 30 dans de la résine et conforme à l'un des modes de réalisation de la présente invention î sur cette figure, le transistor représenté sur la figure 1 est illustré avec une partie de la résine enlevée ; la figure 3 est un diagramme illustrant des résultats 35 de mesures relatives à la protection contre l'humidité d'un dispositif à transistor dans un mode de réalisation conforme à la présente invention et représenté en étant comparé aux résultats obtenus pour un dispositif classique» Si l'on se réfère à la figure 1, on peut voir que l'on 40 y a représenté un transistor au silicium 10 comportant une 69 02480 4 2001344 jonction d'émetteur 11 et une jonction de collecteur 12 s'éten-dant chacune jusqu'à une surface 10a du corps semi-conducteur0 La surlace 10a du corps 10 du transistor est recouverte par une couche isolante 13 de bioxyde de silicium, et une électrode d'é-5 metteur 14 et une électrode de "base 15 sont en contact avec la région d'émetteur et la région de base du transistor, respectivement, sur ladite couche isolante 13. La référence 20 désigne une sous-couche ou support destinée au montage sur celle-ci du corps 6.u transistor, cette sous-ccuche ou support correspondant, 10 par exemple à une tige de collecteur 20ç_ dans le dispositif de transistor du type enrobé dans une résine représenté sur la figure 2. Les références 21 et 22 indiquent, respectivement, une connexion d'émetteur destinée à relier l'électrode d'émetteur 14 à une tige d'émetteur 20e, et une connexion de base destinée à 15 relier l'électrode de base 15 à une tige de base 20b . La référence 24 désigne une couche de protection contre l'humidité formée de manière à recouvrir la surface du corps 10 du transistor et, dans le cas de ce mode de réalisation, ladite couche protectrice 24 est formée après que le corps 10 du transistor a été 2o monté sur la tige ou support 20. Si l'on se réfère à la figure 2, on peut voir que la référence 30 désigne une résine appliquée à la partie d'extrémité de la tige sur laquelle est monté le corps 10 du transistor, cette résine étant une résine époxy0 L'efficacité de la présente invention a été évaluée 25 par l'essai appelé "pressure cook" dans la technique anglo-saxonne dans lequel, d'une part, les dispositifs de la présente invention (n° 1 et n° 2) àù l'on a utilisé un polymère organique fluoré comme couche 24, de protection centre l'humidité tsour le transistor du type enrobé dans une résine et, d'autre part, 30 un dispositif classique (n° 3) où l'on a utilisé une résine si-licones comme couche de protection contre l'humidité, ont été placés respectivement dans de la vapeur d'eau à 120°C et sous une pression de trois atmosphères • ensuite, on a mesuré chaque caractéristique de la tension de claquage de la jonction col-lecteur ainsi que la tension directe de la jonction émetteur. Dans ce cas, le dispositif n° 1 comporte une couche de protection contre l'humidité, d'une épaisseur d'environ 1 mm, que l'on a formée en trempant tout d'abord le corps du transistor monté sur la tiae dans du "Texlon-S" liquide, lequel se trouve à l'état d'une, suspension à la température ancrante,puis BAD ORIGINAL 40 69 02480 5 2001344 en le chauffant pendant 2 heures environ à une température de 150°C pour faire sécher la couche de polymère fluoré similaire au polytétrafluoréthylène déposé sur la surface du corps. Le dispositif n° 2 comporte une couche de protection O 5 très mince contre l'humidité, d'une épaisseur d'environ 30 A , que l'on a formée en trempant tout d'abord le corps du transistor monté sur la tige dans du ]?X-706 liquide, puis faisant sécher dans l'atmosphère pendant 30 minutes la"couche de FX-706 déposée sur la surface du corpso 10 Par ailleurs, le dispositif n° 3 comporte une couche de résine-silicones de protection contre l'humiditéo Si l'on se réfère à la figure 3, on peut voir que l'on y a représenté les résultats de l'essai "pressure cook" effectué sur 72 dispositifs n°l, 59 dispositifs n° 2 et 67 dis-15 positifs n° 3, chacun de.ceux-ci ayant de bonnes caractéristiques ^CBO ^ s°D"fc enrobés dans de la résine o En outre, sur la figure 3, l'abscisse représente le temps (en heures) pendant lequel chaque dispositif de transistor est placé dans de la vapeur d'eau et l'ordonnée représente le pourcen-20 tage de dispositifs non défectueux* le procédé précité dit "pressure cook" est un essai très sévère car, dans cet essai, la vapeur d'eau est amenée à influencer le dispositif à semi-conducteurs du fait de la pression élevée. Au cours de l'essai, dont les résultats sont re-25 présentés sur la figure 3, chaque dispositif à semi-conducteurs est soumis aux effets de la vapeur d'eau trois fois pendant 5 heures, c'est-à-dire pendant 15 heures au total. Comme on peut le voir sur la figure 3, la totalité des transistors (n° 3) a-yant la structure classique est détériorée après 15 heures, tan-30 dis que certains des transistors n° 1 et n° 2) conformes à la présente invention possèdent encore des caractéristiques prédéterminées et il en résulte que le dispositif à semi-conducteurs de la présente invention possède une meilleure propriété de protection contre l'humidité que le dispositif classique» 69 02480 6 2001344 REVENDICATIONS lo Dispositif à semi-conducteurs comprenant : (a) un corps semi-conducteur qui comporte au moins une jonction p-n de manière à remplir une fonction prédéterminée, (b) une couche de 5 protection formée de manière à recouvrir la surface dudit corps semi-conducteur, ladite couche de protection comprenant une couche de protection contre l'humidité constituée par un polymère organique fluorée 2o Dispositif à semi-conducteurs suivant la reven-10 dication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend, en outre, un dispositif formant enceinte destiné à enfermer le corps semiconducteur précité afin de protéger mécaniquement ledit corps semi-conducteur et la couche de protection précitée» 3o Dispositif à semi-conducteurs suivant la revendi-15 cation 2, caractérisé par le fait que le dispositif formant enceinte est constitué par une résine moulée. 4. Dispositif à semi-conducteurs caractérisé par le fait qu'il comprend : (a) un corps semi-conducteur comportant au moins une jonction p-n s'étendant sur une de ses surfaces, 20 (b) une couche isolante comportant plusieurs ouvertures et constituée à ladite surface du corps semi-conducteur précité afin de protéger ladite jonction p-n que comporte au moins le corps semi-conducteur, (c) plusieurs électrodes formées sur la couche isolante de manière à être en contact avec 3-e corps semi-conduc-25 teur précité.à travers les ouvertures respectives, (d) un dispositif de sous-couche (ou support) destiné au montage dudit corps semi-conducteur sur cette sous-couche et comportant plusieurs conducteurs extérieurs, (e) un dispositif de connexions destiné à relier chacune desdites électrqdes à un conducteur 30 extérieur correspondant,(f) ■- une couche de protection contre l'humidité en polymère organique fluoré formée sur la surface • découverte dudit corps semi-conducteur et de la couche isolante précitée, (g) un dispositif formant, enceinte destiné à enfermer le corps semi-conducteur précité pinsi que le dispositif de con-35 nexions susvisé pour protéger^mécaniquement ledit corps semiconducteur.