Brevet FR2002486A1 — publié le 19691017

i. 2002486 La présente invention est relative aux dispositifs semi-conducteurs fermés hermétiquement, et à un procédé de fabrication de ces dispositifs. Il est de pratique courante, jusqu'à présent, de protéger une 5 jonction redresseuse dans un corps semi-conducteur d'un dispositif semi-conducteur en prévoyant une protection choisie pour la jonction. Dans certains cas, la protection est constituée par un revêtement de bioxyde de silicium sur la surface du corps semi-con-10 ducteur, par-dessus la jonction. Dans d'autres cas, le corps semiconducteur est protégé en^nfermant dans un boîtier qui constitue la protection. Les boîtiers, dans quelques dispositifs, sont à peu près complètement remplis avec un liquide afin de faciliter la dissipation de la chaleur du corps semi-conducteur vers le boî-15 tier, en particulier si le corps semi-conducteur est monté sur une tige formant borne dans le boîtier. Dans de tels dispositifs, il n'est pas nécessaire de prévoir de moyens de contrôle de l'atmosphère, dans le boîtier. Cependant, dans des dispositifs semi-conducteurs de puis-20 sance élevée, il est préférable de monter le corps semi-conduc-teur directement sur la surface interne du boîtier, par exemple le fond de celui-ci, afin d'obtenir la dissipation maximale de la chaleur, pour un fonctionnement à puissance maximale. Dans ces derniers dispositifs, il n'est par conséquent pas nécessaire d'u-25 tiliser d'agent liquide de transfert de chaleur. De tels dispositifs sont normalement fermés hermétiquement sur une atmosphère d'air sec. Dans la plupart des cas, une masse d'une getter de purification de l'atmosphère est également incluse dans le boîtier pour assurer la pureté de l'atmosphère dans le boîtier fermé. 30 L'introduction d'un getter dans le boîtier hermétiquement fermé est particulièrement souhaitable si/la fermeture du boîtier est assurée par soudage à chaud. Le soudage à chaud peut provoquer le dégagement de gaz nuisibles dans le boîtier. Ces gaz, ainsi que toute vapeur d'eau emprisonnés dans le boîtier peuvent être effi-35 cacement extraits au moyen du getter enfermé dans le boîtier. De ce fait, il a été de pratique courante jusqu'à présent, de réaliser la protection, dans les dispositifs de puissance hermétiquement clos, en disposant simplement un getter à l'intérieur du boîtier du dispositif avant de procéder à la fermeture de ce dernier. ^0 Cette protection était considérée comme satisfaisante pour empê 69 04427 2. 2002486 cher toute dégradation des propriétés électriques du corps serai-conducteur. Par ailleurs, on a constaté que la durée de vie effective d'un tel dispositiffest en fait plus limitée qu'on ne le pensait 5 auparavant, en particulier dans des conditions de vibrations et de polarisation inverse. Les diodes pour automobiles, par exemple, sont soumises à de telles conditions. On a constaté qu'une dégradation peut éventuellement se produire même lorsque l'atmosphère du boîtier demeure pure et qu'il ne se produit aucune détériora-1° tion visible du dispositif serai-conducteur à l'intérieur du boîtier. Ainsi, même lorsque le dispositif est apparamment complètement protégé, il peut néanmoins se détériorer. L'invention fournit un moyen simple et économique pour empêcher cette dégradation, ainsi quofcour prolonger la durée de vie d'un dispositif semi-con-15 ducteur hermétique, en particulier pour un dispositif semi-conducteur de puissance fermé par soudage à chaud. L'invention fournit également un procédé simple et économique de fabrication d'un tel dispositif, ce procédé étant particulièrement approprié pour être utilisé dans une production commerciale 20 en série. Suivant l'invention, une petite quantité d'un liquide isolant, tel qu'une huile aux silicones, est ajoutée dans le boîtier d'un dispositif semi-conducteur fermé hermétiquement et contenant un getter, avant la fermeture du boîtier. La quantité du liquide 25 ajoutée est suffisante pour recouvrir la surface du corps semiconducteur enfermé dans le boîtier. Cependant, cette quantité est moindre que celle qui pourrait recouvrir la surface active du getter enfermé dans le boîtier. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront ai/cours 30 de la description qui va suivre, faite en se référant au&essin annexé, donné uniquement à titre d'exemple et dans lequel : la Fig. unique est une vue d'un redresseur au silicium du type utilisé dans un alternateur d'automobile. En se reportant au dessin, le redresseur est un dispositif 35 fermé hermétiquement, soudé à chaud, comportant un hoîtier 10 en cuivre, en forme de coupelle, avec une. bague de sougade 12 en acier brasée sur une lèvre 14 du boîtier. La matière de brasage 16 s'a-cumule dans une zone chanfreinée de la bague 12. Un couvercle 18 en acier est soudé en 20 sur le bord supérieur de la bague 12, et 40 forme une enceinte 21 fermée hermétiquement, pour un corps semi- 69 04427 3. 2002486 conducteur 22 disposé à l'intérieur de celle-ci. Le corps semiconducteur est constitué par une pastille de silicium ayant une zone de jonction PN qui est parallèle à ses grandes surfaces. Ainsi, ses surfaces opposées les plus grandes sont respectivement du type 5 P et du type N. La surface inférieure du corps semi-conducteur 22 est soudée sur un organe de contact 24 en molybdène ou en tungstène qui est à son tour soudé sur le fond du boîtier 21. Une électrode 26 est soudée sur la surface supérieure du corps semi-conducteur 22. Un 10 prolongement 28 venu de matière et formant borne s'étend à partir de l'électrode 26 à l'extérieur du couvercle 18. La partie 28 formant borne est disposée au centre du couvercle 18 qu'elle traverse et auquel elle est liée par soudage de façon étanehe sur une virole 30, qui, à son tour, estjiftoyée dans une masse annulaire 15 32 en verre qui l'entoure et qui sert à isoler la borne 28 du reste du couvercle 18 et du boîtier 10. Une petite quantité d'huile aux silicones 34 est représentée comme recouvrant la surface du corps semi-conducteur 22. Cependant le niveau de l'huile 34 est insuffisant pour recouvrir la 20 surface active d'un getter 36 formant tamis moléculaire qui repose sur le fond du boîtier 21 , avec son axe perpendiculaire à ce dernier et coaxial à la borne 28. Le tamis moléculaire 36 entoure et enferme afeeu près le dispositif semi-conducteur et son électrode. Le tamis moléculaire 36 sert de getter et de dispositif de 25 positionnement. En tant -que getter, il purifie l'atmosphère à l'intérieur de l'enceinte en adsorbant les gaz indésirables emprisonnés ou engendrés dans l'enceinte lorsque le couvercle 18 est soudé en place. Il facilite également la protection contre les étincelles au cours de4'opération de soudage. En tant que disposi-30 tif de positionnement, il facilite le montage des différents organes constituant le dispositif semi-conducteur et l'électrode, y compris de^pastilles de soudure au cours de la fabrication. Comme cfhabitude, lorsque l'on utilise un getter, le tamis moléculaire 36 n'est pas fixé dans l'enveloppe et est par conséquent libre de se 35 déplacer à la fois axlalement et radialement à l'intérieur du boîtier pour venir en contact à la fois avec les parois d'extrémité et latérales du boîtier, de la façon habituelle. Lors de la fabrication du dispositif représenté, la bague 12 est tout d'abord brasée sur l'enveloppe 10 pour constituer un 40 ensemble dans lequel le dispositif semi-conducteur peut être as 69 04427 4 2002486 semblé. Le tamis moléculaire 36 est alors disposé à l'intérieur de la coupelle, après fixation de la bague. Le tamis moléculaire 36 est disposé avec son axe perpendiculaire au fond de la coupelle, en délimitant ainsi une région centrale du fond de la coupel-5 .le, dans l'enceinte. Une pastille de soudure est alors disposée dans la coupelle; à l'intérieur de la zone délimitée par le tamis 36, suivie par l'élément d'électrode 24 en molybdène, une nouvelle pastille de soudure, le corps 22 en silicium, une autre pastille de soudure, 10 et l'électrode 26. Si l'électrode 26 est préalablement revêtue de soudure, la dernière pastille de soudure mentionnée peut être supprimée. Le couvercle 18 est alors mis en place par-dessus la borne 28 et un anneau de soudure est disposé sur la partie defla borne qui s'étend au-dessus du couvercle. L'ensemble est alors chauf-15 fé jusqu'à la température appropriée de fusion de la soudure sous atmosphère non oxydante. Il est alors refroidi et lé couvercle 18 est soulevé de façon suffisante pour introduire l'extrémité d'une aiguille hypodermique à l'intérieur de l'enceinte 21, de préférence à l'intérieur du tamis 36. La partie 40 incurvée en S com-20 prise entre l'électrode 2 6 et la borne 28 permet de soulever le couvercle sans risquer de détériorer l'ensemble soudé. Quelques gouttes d'une huile aux silicones sont alors injectées à l'intérieur de l'enceinte, de préférence en utilisant une seringue hypodermique, la quantité d'huile étant suffisante pour recouvrir 25 la surface du corps semi-conducteur 22, mais insuffisante pour recouvrir la surface active du getter 36. Il n'est pas nécessaire de prendre des précautions particulières pour empêcher l'huile de venir en contact avec les parties supérieures du getter 36. Cependant, il est préférable de prendre certaines précautions si le 30 prolongement, axial du getter tubulaire 36 n'est pas très long ou si la surface non immergée doit être réduite de façon notable par l'huile. D'autres liquides isolants ou des matières plus visqueuses telles que des graisses aux silicones peuvent également être utilisées. Parmi d'autres getters pouvant être utilisés, on peut 35 citer le vycor absorbant , l'oxyde l'aluminium activé, le carbone activé, le gel de silide, l'oxyde de barium, etc... Il est préférable d'utiliser comme tamis moléculaire de la zeolite du commerce. Le vycor absorbant constitue,un autre getter particulièrement efficace. C'est un verre poreux dur et cohérent, utilisé 40 comme tamis moléculaire. 5' 2002486 69 04427 Après l'introduction de l'huile aux silicones dans le boîtier 10, le couvercle 18 est soudé par résistance de la façon habituelle sur la bague 12 afin de constituer un dispositif semi-conduc-teur hermétiquement fermé. Il est préférable de chauffer un peu 5 l'ensemble afin de renforcer l'efficacité du getter, avant la fermeture. D'autres traitement connus peuvent également être appliqués avant la fermeture, si on le désire, afin d'améliorer l'efficacité du getter, en fonction du type de getter utilisé, pour autant que ces traitements ne modifient pas les caractéristiques 10 prédéterminées du corps semi-conducteur. Toutes traces de gaz pouvant détériorer le semi-conducteur, engendrées au cours de la soudure, sont adsorbées par le getter 36 aussi bien que toutes traces d'humidité pouvant se trouver emprisonnées dans l'enceinte lors de sa fermeture. Le dispositif semi-conducteur est alors 15 prêt à être utilisé. 69 04427 6. 2002406 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un dispositif serai-conducteur dans lequel on dispose un getter dans un boîtier en forme de coupelle, on dispose dans tedit boîtier une pastille d'une matière semi-conductrice présentant au moins une 5 jonction PN, on fixe une face de ladite pastille sur le fond dudit boîtier, on fixe au moins une électrode sur- la face opposée de ladite pastille, on place et on soude un couvercle sur ledit boîtier en forme de coupelle afin de former une enceinte fermée renfermant une atmosphère uurifiée pour ladite pastille de matière semi-conductrice, ce urocédé étant caractérisé en ce qu'une quantité d'un 10 fluide isolant (34) suffisante pour recouvrir ladite pastille (22), mais insuffisante pour recouvrir une surface active dudit getter (36), est introduite dans le fond dudit boîtier (10) avant que le couvercle (is) soit soudé sur le boîtier . 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la pastille de matière semi-conductrice est une pastille de redresseur présentant une jonction PN 15 découverte, parallèle à la surface la plus grande de ladite pastille, le getter est un élément tubulaire qui est disposé dans ledit boîtier en forme de coupelle avec son axe perpendiculaire au fond de ladite coupelle afin d'agir comme dispositif de positionnement de la pastille dans le fond de la coupelle, et le couvercle est soudé par résistance sur l'ouverture de ladite coupelle . 20 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le getter est un tamis moléculaire et le liquide isolant est une huile aux silicones . 4. Dispositif semi-conducteur du type comprenant un boîtier fermé de façon étanehe au moyen d'une soudure, une pastille de matière semi-conductrice liée à une paroi dudit boîtier, une électrode liée à la face opposée de ladite pastille, 25 avec une borne s'étendant à partir de celle-ci à travers le boîtier, un getter déplaçable dans ledit boîtier pour contrôler l'atmosphère à l'intérieur du boîtier, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'une certaine quantité de fluide isolant est introduite à 1'intérieur dudit boîtier, cette quantité étant suffisante pour recouvrir ladite pastille, mais insuffisante pour recouvrir totalement.ledit 30 getter . 5. Dispositif semi-conducteur suivant la revendication 4» caractérisé en ce que ledit getter est un corps tubulaire à peu près coaxial à ladite borne et entourant ladite pastille . 6. Dispositif semi-conducteur suivant la revendication 5, caractérisé en ce 35 que le getter est un tamis moléculaire et le fluide isolant est une huile aux silicones .