Brevet FR2009776A1 — publié le 19700206

La présente invention concerne les dispositifs semiconducteurs ayant des électrodes-bornes en contact de pression avec les éléments semiconducteurs. Lors de la fabrication et de l'encapsulage de dispositifs 5 semiconducteurs à plusieurs bornes, par exemple à trois bornes, co2ruae des transistors et des thyristors, me face de Eélement seni-conducteur est généralement placée sur ou soudée à un organe de dissipation de chaleur afin d'obtenir une bonne dissipation thermique. Il est très fréquent que cette face serve aussi comme une 10 des bornes à courant élevé du dispositif. L'autre face de l'élément a une forme plus compliquée et il faut y fixer deux contacts électriquement isolés, par exemple le contact d'émetteur et le contact de base d'un transistor ou le contact de cathode et le contact d'électrode-porte d'un thy-15 ristor. Un de ces deux contacts est habituellement un contact à courant élevé capable de véhiculer sans danger des courants dépassant 5 ampères, tandis que l'autre contact est en principe un contact auxiliaire dont la capacité en courant est habituellement d' 20 un ordre de grandeur plus faible que le contact principal. Normalement, les contacts sont fixés sur l'élément conducteur par galvanoplastie, dépôt par évaporation ou alliage,en certains endroits choisis de la surface de l'élément semiconducteur. On attache ensuite des connexions d'une dimension appropriée à la surface de 25 contact et l'ensemble est encapsulé. Dans la plupart des dispositifs, les connexions sont fixées ou soudées à de petites surfaces de contacts qui sont supposées répartir le courant également sur toute la surface active du dispositif. Lorsque la capacité en courant demandée atteint de 5 à 30 10 ampères, on soude souvent plusieurs connexions à des parties différentes de la surface de contact afin de réduire au minimum la chute de tension dans la connexion et les effets de concentration du courant. Cette technique est cependant difficile et on ne connaît 35 pas de techniques de fixation permettant d'utiliser de grosses connexions permettant de laisser passer des courants très élevés* Pour résoudre ce problème, on a utilisé des contacts p&r pression dans les dispositifs semiconducteurs de puissance. La raison en est que la forme de ces dispositifs est L,0 telle que l'on peut appliquer deux grandes plaques métalliques de BAD ORIGINAL 69 17877 2 2009776 compression aux éléments semiconducteurs pour les contacts à courant intense, ce qui permet d'obtenir une pression uniforme sur la galette de matière semiconductrice,avec une forte .capacité en courant. Cette technique est très simple en pratique puisqu'il suffit 5 d'appliquer deux surfaces métalliques planes contre les surfaces de contact métallisées correspondantes du dispositif. Un tel dispositif est représenté à la figure 1. Le dispositif connu 10 de la figure 1 est un redresseur de puissance. Un élément semiconducteur comprenant une plaquette 10 semiconductrice 12 ayant une jonction p-n 14. est placée entre deux contacts métalliques lé et 13 qui sont eux-mêmes disposés entre deux plaques de compression 20 et 22. Un moyen de compression agit sur la partie plane 24 de la plaque 20 dans le sens indiqué par les flèches. 15 Cependant, dans le cas de dispositifs ayant une face de forme compliquée, comme dans le cas de transistors et de thyristors de coupure comportant des structures imbriquées et des dessins circulaires ou en étoile, il est impossible d'utiliser une simple plaque de compression puisqu'il faut maintenir un isolement 20 électrique entre les deux contacts en saillie si l'on veut éviter les couyts-circuits. Une solution de ce problème consiste à utiliser un contact comprenant une plaque de compression isolante pourvue de surfaces métallisées ou d'électrodes métalliques solidaires de la 25 plaque isolante de façon à n'établir des contacts que sur les surfaces voulues de la galette de matière semiconductrice. . Les surfaces métallisées appropriées ou les électrodes métalliques se trouvant sur les plaques isolantes'de compression sont ensuite connectées entre elles et une seule connexion traver» 30 se la paroi du boîtier d'encaps-iîlage0. Cependant, les contacts appliqués sur le dispositif ont toujours une surface rugueuse et ne font pas bien contact avec toute la superficie désirée de l'élément semiconducteur. Dans de tels cas, la pression est souvent inégale et il peut en résulter une fissuration de l'élément se-35 miconducteur. L'invention a pour but principal de procurer vin dispositif semiconducteur à plusieurs "bornes perfectionné dans lequel au moins une des électrodes-bornes se trouve en contact de compression avec .15élément semiconducteur du dispositif. 40 L'invention consiste en un dispositif semiconducteur à bad original 69 17877 2009776 plusieurs bornes comprenant un support dissipateur de chaleur, un élément semiconducteur placé sur le support dissipateur de chaleur en bon contact thermique et électrique avec celui-ci, l'élément semiconducteur comprenant une première et une deuxième régions se-5 miconductrices de deux types de conductivité opposés ainsi qu'un premier contact électrique et un deuxième contact électrique fixés respectivement sur la première région et la deuxième région précitées faisant partie de la grande face de l'élément semiconducteur à l'opposé du support précité, une première et une deuxième 10 électrodes-bornes électriquement reliées respectivement au premier contact électrique et au deuxième contact électrique, le premier et le deuxième contacts électriques ayant des surfaces mises à nu déterminant respectivement un premier plan et un deuxième-plan se situant à des hauteurs différentes, tandis que la première élec-15 trode-borne comprend, une partie plane constituant plaque de compression et maintenue en contact de pression avec le premier contact électrique s.ans venir en contact électrique avec le deuxième contact électrique, ceci sous l'effet d'un moyen de compression. L'invention ressortira clairement de la description don-20 née ci-après à titre d'exemple avec référence aux dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 est une vue de côté partiellement en coupe transversale d'ion dispositif connu. La figure 2 est une vue en plan de dessus d'un élément 25 semiconducteur donné à titre d'exemple et permettant d'établir m contact conformément à la présente invention. La figure 3 est une vue de côté d'un dispositif semiconducteur comprenant l'élément de la figure 2 selon la présente invention. 30 La figure 4 est une vue de côté partiellement en coupe d'un dispositif semiconducteur selon la présente invention donné à titre d'exemple. La figure 5 est une vue en plan de dessus d'un autre élément semiconducteur donné à titre d'exemple et pouvant faire 35 contact, conforme à la présente invention, et La figure 6 est une vue de côté d'un contact de pression pouvant être utilisé avec le dispositif de la figure 5» Pour qu'on puisse faire un bon contact de pression à forte capacité en courant avec des dispositifs de forme compli-40 quée, il faut que les deux surfaces de contact se trouvant sur la BAD ORIGINAL 69 17877 4 2009776 même face se trouvent dans un même plan de façon que toute plaque de compression plane fasse contact sur toute la surface. La présente invention facilite la solution de ce problème en.construisant l'élément semiconducteur de telle façon que la surface supérieure 5 de l'électrode de contact principale à courant élevé de cet élément semiconducteur vienne en contact de pression avec 1'électrode-borne dans un premier plan tandis que la surface mise à nu de l'électrode de contact auxiliaire se trouve dans un deuxième plan, ce deuxième plan étant habituellement parallèle au premier plan et situé au-10 dessous du premier plan. Les figures 2 et 3 sont des vues respectivement en plan et de côté d'un transistor semiconducteur 30 dont la surface ,supérieure 32 est pourvue d'un contact de forme compliquée. Les contacts sur la surface supérieure 32 de l'élément 15 30 comprennent des parties de contact métalliques d'émetteur 34 (contact principal) en contact non redresseur avec les régions d'émetteur de type-n 36 et un contact de base à plusieurs doigts imbriqués 38 (contact auxiliaire) en contact non redresseur avec la région de base de type-p 40* 20 II est évident que, si les parties de contact d'émetteur 34 et le contact de base 38 sont dans le même plan, la plaque plane de contact par compression 42 (faisant partie de l'électrode-borne d'émetteur), au moyen de laquelle une force de compression est appliquée dans le sens indiqué par les flèches, touche 25 à la fois les parties de contact d'émetteur et le contact de base, ce qui a pour effet de court-circuiter l'émetteur et la base entre eux. Si, au contraire, le plan défini par les surfaces supérieures 44 des parties de contact d'émetteur 34 se trouvent à 30.0,013 à 0,05 mm au-dessus d'un plan défini par les surfaces supérieures 46 ûes contacts de base auxiliaires 38, la surface plane 46 de la plaque plane de contact par pression 42 peut faire contact avec les parties de contact d'émetteur 34 sans se trouver ni en contact physique ni en contact électrique avec le contact de 35 base 38. Une électrode-borne de base 48-50 peut être mise en contact avec toute partie voulue du contact de base 38, ce qui facilite la connexion du circuit. La région de collecteur 52 se trouve en contact avec 40 l'électrode-collecteur consistant en une boîte métallique 54 s© BAD ORIGINAL 69 17877 2009776 trouvant elle-même en contact avec un dissipateur de chaleur 56. Le contact entre la région de collecteur et la plaque métallique et/ou le contact entre la plaque métallique 54 et le dissipateur de chaleur 56 peuvent consister en des contacts de pression éta-5 blis et maintenus par la force de compression appliquée à la plaque de contact 42. Cette solution est satisfaisante si la différence de potentiel entre les parties de contact d'émetteur 34 et le contact de base 38 est faible, par exemple inférieure ou égale à 10 volts, 10 dans toutes les conditions de fonctionnement. Pour les différences de potentiel d'alimentation plus élevées, on peut utiliser une couche de matière isolante 58 pour remplir au moins partiellement tout vide entre la plaque de contact 42 et la surface supérieure de l'élément 30; par exemple, on 15 peut appliquer du bioxyde de silicium à la surface supérieure 46 du contact de base afin d'éviter tout courant de contournement, toute formation d'arc et tout court-circuit, comme cela est représenté à la figure 4* H est évident qu'une partie du contact 38 doit rester à nu pour faciliter la connexion de 1'électrode-borne 20 de base 48-58. Le dispositif représenté aux figures 2, 3 et 4 peut être fabriqué par diffusion suivie d'enlèvement par décapage d'une partie de la région d'émetteur afin de mettre à nu la région de base, ou bien les régions d'émetteur et les parties de contact d'émet-25 teur associées 34 peuvent être formées simultanément par alliage. Selon une variante, les parties de contact d'émetteur 34 peuvent être formées par alliage tandis que les contacts de base sont formés par dépôt par évaporation,ou par dépôt par crachotement. On peut aussi utiliser toute combinaison appropriée de c&s techni-30 ques. La figure 5 est une vue en plan de dessus d'un dispositif 70 pouvant constituer l'élément semiconducteur soit d'un transistor, soit d'un thyristor. Comme cela est indiqué, le contact principal 72 (contact d'émetteur) et le contact auxiliaire 74 (le 35 contact de base dans le cas d'un transistor ou le contact de porte dans le cas d'un thyristor) sont de forme imbriquée. L'élément semiconducteur 70 peut être préparé comme cela vient d'être décrit, le plan défini par la surface supérieure du contact principal 72 se trouvant au-dessus du plan formé par les 40 surfaces supérieures du contact auxiliaire'"74* la différence de BAD ORIGINAL 69 17877 6 2009776 hauteur entre les deux plans étant normalement comprise entre 0,013 mm et 0,0$ mm ou. plus. Pour établir le contact avec un.tel dispositif, on peut utiliser un dispositif de contact de pression au type représenté à 5 la .figure 6, ce dispositif comprenant une électrode-borne- principale 80 et une électrode-borne auxiliaire 82. L'électrode-borne principale a une partie horizontale 83 présentant une surface- plane 84 maintenue en conduction électrique avec le contact principal 72 de l'élément 70 de la figure 6 sous 10 l'action d'une force de compression exercée cçntre la surface 86 dans la direction indiquée par les flèches. L'électrode-borne 80 comporte aussi une partie verticale 88. Une ouverture 90 traverse entièrement la partie verticale 88 et la partie horizontale 83. Une couche 92 en une matière é~ 15 lectriquement isolante, par exemple du polytétrafluoroéthylène ou du polytrifluorononochloroéthylène, entoure le pourtour de l'ouverture, l'électrode-borne auxiliaire 82 pouvant être insérée dans l'ouverture. L'électrode-borne auxiliaire 82 a une partie plane 92 maintenue en contact de pression avec la partie 94 du contact au-20 xiliaire 74 à l'aide d'une force de compression agissant dans la direction indiquée par les flèches. La présente invention peut s'appliquer aux dispositifs semiconducteurs et à d'autres dispositifs électroniques ayant sur une ou des surfaces des motifs de contacts compliqués et néces-25 si tant la fixation de connexions à forte capacité en courant sur une ou plusieurs des surfaces ae contact. 69 17877 ? 2009776 REVENDICATIONS. 1. Dispositif semiconducteur à plusieurs bornes comprenant un support dissipateur de chaleur, un élément semiconducteur: placé sur le support dissipateur de chaleur en bon contact élec- 5 trique et thermique avec celui-ci, l'élément semiconducteur compr* nant une première et une deuxième régionssemiconductriees de dem: types de conductivité opposés ainsi qu'un premier et un deuxième contacts électriques fixés respectivement sur la première et sur la deuxième régions faisant partie de la grande face de l'élément 10 semiconducteur à l'opposé du support préc té, ainsi qu'une première et une deuxième bornes-électrodes électriquement connectées respectivement au premier contact électrique et au deuxième contacv électrique,ce premier et ce deuxième contacts électriques ayeiit de surfaces mises à nu et définissant respectivement un premier plan 15 et un deuxième plan situés à des hauteurs différentes, tandis que la première électrode-borne comprend une partie plane constituant plaque de compression maintenue en contact de pression avec le premier contact électrique précité sans qu'il y ait contact électrique avec le deuxième contact électrique, ceci sous l'action d' 20 un dispositif de compression. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un des contacts électriques parmi le premier et le deuxième est du type imbriqué. 3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caracté-25 risé en ce que la deuxième borne-électrode comprend une partie plane constituant plaque de compression et maintenue en contact de pression avec le deuxième contact électrique sans venir en contact électrique avec le premier contact électrique, ceci sous l'action du dispositif de compression précité. 30 4. Dispositif suivant la revendication 1, 2 ou 3, carac térisé en ce que la différence de hauteur entre le premier plan et le deuxième plan est d'au moins 0,013 mm. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que tout vide entre la partie 35 constituant■plaque de compression de 1'électrode-borne précitée et l'élément semiconducteur précité est au moins partiellement rempli d'une matière isolante. 6. Dispositif semiconducteur à bornes multiples, en substance comme décrit ci-dessus avec référence aux dessins annexés 4-0 et comme représenté aux figures 2 et 3, ou aux figures 2 et 4. ou 69 17877 s aux figures 5 et 6 de ces dessins. 2009776 i BAr> ORIGINAL