Brevet FR2001255A1 — publié le 19690926

i La présente invention concerne tin ensemble comprenant un dispositif semi-con-ducteur et son boitier comportant des broches disposées de la même manière que pour un tube à vide. On trouve couramment des eulcts a broches poux1 tube.3 à vide, par exemple cas 5 culots miniatures à 7 broches ou à 9 broches. Il exista une demande pour un dispositif semi-conducteur, tel que transistor ou circuit intégré., capable de s.!adapter dans une douille de tube à vide classique. Cependant, la fabrication d'un bci-tier ou culct pour un dispositif semi-conducteur de ce type se heurte à des difficultés. Dans un tube à vide les broches sont aisément scellées dans l'enveloppe 10 en verre du tube, mais- cette enveloppe en verre n'existe pas dans les boîtiers des dispositifs semi-conducteurs classiques. Il était donc nécessaire de prévoir un boitier dans lequel les brochés peuvent être scellée dans un matériau isolant autre que le verre. En bref, le dispositif semi-conducteur prévu selon l'invention se compose : 15 d'un substrat isolant présentant plusieurs perforations circulaires disposées er. cercle sur son. pourtour chacune dans une fente d'une série, une des fentes étant adjacente à chaque perforation et la coupant perpendiculairement, la surface supérieure des fentes étant située dans un plan, de plusieurs broches présentant un coude à 90° entre une première et une seconde portion, la première portion étant 20 prévue pour s'adapter dans la perforation tandis que la seconde portion vient se loger dans les fentes, la surface supérieure des secondes portions étant située au dessus du plan de la surface supérieure de la fente ; d'un dispositif semi-ocn-ducteur fixé au centre d'une surface du substrat dans une position adjacente au:: fentes ; des moyens de connexion relient le dispositif semi-conducteur aux surfa-25 ces supérieures des secondes portions d.'au moins quelques unes des broches. Un revêtement isolant recouvre le dispositif semi-conducteur, les moyens de connexion et les surfaces supérieures des secondes portions des broches. Les- objets et caractéristiques de la présente invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisations, 30 ladite description étant faite en relation avec les dessins ci-annexés dans lesquels : La figure 1 représente une vue en perspective de l'ensemble sous boitier selon l'invention dont le couvercle en matière plastique a été enlevé pour laisser apparaître les broches. 35 La figure 2 montre une vue en coupe transversalo prise suivant le plan 2-2 de l'ensemble sous boitier de la figure 1, muni de son couvercle en matière pi?.? tique. Les figures 1 et 2 montrent le substrat 10 fait d'un matériau isolant capable de supporter des températures élevées, dépassant 400°C. Les matériaux à base JfO de céramique sont particulièrement appropriés. la résistance aux températures BA0 ORIGNAL 6902267 2001255 élevées est très importante quand, le dispositif semi-conducteur 11 doit être fixé au substrat 10 par une couche d'accrochage 12. Si cette couche d'accrochage 12 est de lfor, par exemple, des températures de 4l0°C environ sont indispensables pour réaliser vin accrochage solide entre le dispositif 11 et le substrat 10. 5 Le substrat 10 comporte une série de perforations 13 disposées sur son pour tour. Il présente également une série de fente 14, ainsi que le montre la figure 1, dont l'une coupe la perforation 13 à l'intersection 15. La surface supérieure de chaque fente 14 est située dans un plan 16. Plusieurs broches 17, de préférence recouvertes d'un placage d'cr, sont dis-10 posées respectivement dans chacune des perforations 13- Ces broches présentant un coude 18 à 90°, entre une première portion 19 et une seconde portion 20. La première portion 19 est prévue pour s'adapter dans les perforations 13 ; la seconde portion 20 est prévue pour s'adapter dans les fentes 14. La surface supérieure 21 de la seconde portion 20 de chaque broche s'étend au-dessus du plan l6 15 de la surface supérieure des fentes 14 de manière à les placer dans une position permettant la fixation aisée de fils à leurs surfaces supérieures. Le dispositif semi-conducteur 11 est fixé au centre de la surface de la portion centrale 22 du substrat 10. Il esi/âoter que le dispositif 11 est fixé près des extrémités de chacune des fentes 14. Une couche d'accrochage intermédiaire en 20 or, 12 de type classique est utilisée pour fixer la pastille semi-conductrice à la portion centrale de la céramique 22. Ce procédé assure me dissipation thermique parfaite entre le dispositif 11 et le substrat 10. De préférence, la surface supér_eure lu dispositif semi-conducteur 11 est située dans un plan placé au dessous des surfaces supérieures 21 des breches 17. 25 Le fil d'interconnexion entre le dispositif et les broches se prolonge vers le haut depuis les pastilles d'accrochage 32 du dispositif 11 jusqu'aux surfaces supérieures 21 des broches 17. Les fils sont ainsi écartés da la surface supérieure du dispositif 11. De cette manière, on évite les court,.:-••circuits entre ces fils et d'autres portions de la surface supérieure du dispositif 11 auxquelles ils ne 30 doivent pas être reliés. Plusieurs moyens ou fils de connexion 23 sont utilisés pour connecter certaines régions du dispositif semi-conducteur 11 à la surface supérieure 21 des secor-des portions 20 des broches 17. Dans un exemple de réalisation préféré de l'invention, ces surfaces supérieures 21 sont aplaties pour faciliter la connexion des 35 fils 23. L'ensemble du dispositif prévu selon l'invention, comprenant les secondes portions 20 des broches 17, les connexions 23 avec le dispositif 11, et le dispositif 11 lui-mêmes est recouvert d'un matériau isolant 24. De préférence, ce matériau est une composition époxy. Dans un exemple, de réalisation préféré de l'invention, l'époxy peut comporter deux couches 25 et 26. La première couche 25 est 40 une mince couche d'une épaisseur juste suffisante pour recouvrir les éléments BAD ORIGINAL 6902267 2001255 constituants, comme il est montré. La seconde couche 25 est une couche plus épaisse utilisée peur constituer un support de structure et assurer une protection totale du dispositif par rapport \ sen environnement dans le boitier. De préférence, ces couches sent toutes deux faites d'un matériau épe;:; . mais elles sont généra-5 lement d'une composition différente. Ces matériaux sont bien connus de l'homme de l'art. Ainsi la première couche 25 peut être une composition de caoutchouc aux silicones, par exemple le type connu sous la marque de fabrique "Dow juncticr. coating". La seconde couche 2o est une composition époxy classique ; par exemple un époxy "Hysol 586-778". 10 Dans un exemple de mise en oeuvre préféré de l'invention, les broches 17 sont scellées dans les perforations 13 au moyen d'un scellement en verre 27, par exemple du verre à souder à basse température. Le scellement des broches permet d'obtenir une structure excessivement robuste et empêche aux broches et aux moyens de connexion 23 de prendre du jeu au cours des opérations normales d'enfichage et 15 d'extration du dispositif de la douille. Un exemple de réalisation préféré de l'invention utilise une entretoise 28 sur la face inférieure du substrat, à l'opposé du dispositif semi-conducteur. Cette entretoise 28 facilite l'enfichage et l'extraction du dispositif tout en permettant à l'air de circuler entre la douille (non représentée) et le substrat. 20 Cet intervalle permet une meilleure dissipation thermiqueDans l'exemple de réalisation préféfé de l'invention, il est également prévu un bord périphérique 29 du substrat 10, surélevé au dessus du plan de la surface supérieure 16 des fentes 14. Ce bord/faciïxte beaucoup l'application des couches isolantes 25 et 26. Enfin, un exemple de réalisation préféré de l'invention utilise un substrat 10 dont la 25 forme est pratiquement circulaire et qui comporte une partie plate JO (figure l). Cette partie plate sert de moyen d'alignement poux- indiquer l'endroit où l'écartement jJL entre une paire de broches 17 présente la plus grande dimension classique. L'assemblage du dispositif prévu selon l'invention s'effectue comme suit : 50 un substrat classique, par exemple une pièce en céramique, est obtenue par compression d'une poudre, pour lui conférer la forme représentée aux figures 1 et 2, dans laquelle toutes les perforations et identifications sont préformées. Une couche 12, qui peut être par exemple une pâte, à l'or est peinte, pulvérisée ou appliquée de toute autre manière sur la portion surélevée 22 du substrat. Dans 35 le cas où l'on utilise'de l'or, le substrat et la couche &'or appliquée sont cuits à l'air à 900°C ou 950°C. Après refroidissement, les broches 17 sont introduites dans toutes les perforations. Si on le désire, cette opération peut être réalisée au moyen d'une machine automatique à insérer les broches. Ensuite, le verre de scellement 27 est appliqué sous forme liquide dans des perforations qui entourent 40 les ..parties coudées des broches. iTormalement, cette application est effectué de- •T BAD ORIG!K'AL 6°02267 2001255 puis la surface supérieure, mais les broches sont gainées de verre le long de la perforation 13 ecrame le montre la figure 2. L'ensemble comprenant le substrat et les broches est de nouveau cuit k l'air, à une température d'environ 50ZcC eu toute autre température convenant au verre à souder utilisé, durant environ 5 à 11 5 minutes. Cette opération réalise le scellement des broches, de la céramique et du verre à souder. En variante, les broches peuvent être fixées par des moyens mécaniques constitués par exemple par une première portion 19 des broches 13 ayant une forme irrégulière. Si au lieu d'être cylindrique, la portion 19 présente une forme si-1C nueuse, un accrochage par frottement maintient la broche dans la perforation 13. Ensuite, le dispositif semi-conducteur est fixé à la couche d'or 12 en utilisant la technique de gravure à la matrice bien connue dans le domaine des semiconducteurs. Ensuite les fils d'interconnexion 23 sont soudés à la fois à la surface du dispositif semi-conducteur, aux pastilles d'or 32, et aux surfaces supé-15 rieures plates 21 des secondes portions 20 des broches 17. La soudure peut être effectuée manuellement ou automatiquement suivant les techniques bien connues dans le domaine des semi-conducteurs. Enfin, des compositions d'époxy liquide sont appliquées, par exemple au moyen d ' un compte-goutte ou d'applicateurs automatiques cl1époxy, sur la surface su-20 périeure du'dispositif. Dans l'exemple de réalisation préféré, une mince couche 25 est tout d'abord appliquée, après quoi la seconde couche plus épaisse 26 est appliquée pour terminer le dispositif. Cet époxy est vulcanisé aux températures habituelles de vulcanisation pour compléter l'ensemble du dispositif semi-conducteur et de son boitier. 25 Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec des exemples particuliers de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. BAD ORIGINAL 6902267 5 2001255 REVENDICATIONS 1°) Dispositif serai-conducteur caractérisé en ce qu'il comporte : - un substrat isolant comportant une pluralité de perforations circulaires disposées sur son pourtour et une pluralité de fentes, à raison d'une fente pour chaque perforation, l'une ces fentes étant adjacente â chaque perforation qu'elle 5 recoupe perpendiculairement, la surface supérieure de ces fentes étant placée dans un plan ; - une série de broches présentant un coude ayant pratiquement 90° entre une première portion et une seconde portion, la première portion étant prévue pour s'adapter dans lesdites perforations et la seconde portion étant prévue pour se 1c- 10 ger dans lesdites fentes, la surface supérieure de ces secondes portions étant placée au-dessus du plan de la surface supérieure desdites fentes^ - tin dispositif semi-conducteur fixé en un point central sur une surface audit substrat adjacent à l'ensemble desdites fentes. - des moyens de connexion reliant le dispositif semi-conducteur aux; surfaces supé-15 rieures des secondes portions de certaines au moins desdites broches ; - un revêtement isolant recouvrant le dispositif semi-conducteur, les moyens; de connexion et les surfaces supérieures desdites secondes portions desdites brochas. 2°) Dispositif semi-conducteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le revêtement isolant comporte deux couches, une première couche d'un certain. 20 matériau isolant et une seconde couche d'un autre matériau isolant. 3°) Dispositif semi-conducteur selon la revendication 2, caractérisé de plus en ce qu'il comporte deux couches qui sont faites chacune d'un type différent; le composition époxy. la 4°) Dispositif semi-conducteur selon/revendication 1, caractérisé en ce que 25 lasdites broches sont fixées dans les perforations ménagées dans le substrat au moyen d'un scellement en verre. 5°) Dispositif semi-conducteur selon la revendication 1, caractérisé de plus en ce que ledit substrat présente une zone centrale surélevée, sur sa face opposée à celle sur laquelle est monté le dispositif semi-conducteur. 3C 6°) Dispositif semi-conducteur selon la revendication 1, caractérisé de plus en ce qu'il est fixé sur ledit substrat au moyen d'une souche d'accrochage métallique . 7°) Dispositif semi-conducteur selon la revendication 1, caractérisé de plus en ce qu'il est fixé sur le substrat dans le même plan, approximativement, que le l 35 plan de la surface supérieure desdites fentes. 8°) Dispositif semi-conducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit substrat présente une portion périphérique surélevée au dessus du plar de la surface supérieure desdites fentes. 9°) Dispositif semi-conducteur selon revendication 1, caractérisé de plus 40 en Se que les secondes portions desdites broches présentent une surface super!eu- 6902267 2001255 6 re pratiquement plate, de manière à permettra une fixation aisée de fils sur ladite surface. 10e) Dispositif semi-conducteur selon la revendication 1, caractérisé de plus en ce que ledit substrat est pratiquement circulaire, mais présente une portion plate de repérage sur sa circonférence.