Brevet FR2020400A1 — publié le 19700710

-1- 2020400 La présente invention se rapporte aux dispositifs semiconducteurs et concerne plus particulièrement des dispositifs semiconducteurs comportant deux ou plusieurs plaquettes semicon-ductrices . 5 L'utilisation de dispositifs semiconducteurs multiples est connue . Dans ces dispositifs, les plaquettes semiconductrices sont généralement montées sur un substrat commun et des liaisons électriques ^ sont établies entre les plaquettes au moyen de fils de connexion . Parmi les défauts de ces agencements, on peut 10 mentionner le substrat relativement grand nécessaire qui a pour résultat un dispositif de grande dimension, ainsi que le coût de la réalisation des connexions électriques entre les plaquettes. C'est pourquoi il existe un besoin d'améliorer le montage des plaquettes entre elles et de diminuer le coût des dispositifs. 15 Selon l'invention, un dispositif semiconducteur comprend deux plaquettes semiconductrices séparées par un élément isolant. ' Les deux plaquettes sont connectées l'une à l'autre et sont reliées mécaniquement à l'élément isolant au moyen d'une matière conductrice solide s'étendant à travers l'élément isolant et qui 20 est liée à ce dernier et aux deux plaquettes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention res-sortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel : 25 - La 3Tig.1 est une vue latérale en coupe d'un dispositif semiconducteur conforme à l'invention; - La Fig.2 est une vue éclatée de certaines parties du dispositif de la Fig.1 ; et - La Fig.3 est une vue latérale en coupe d'un autre mode 30 de réalisation de l'invention . En se référant à la Fig.1, on voit'un dispositif semiconducteur 10 qui comprend un substrat 12, par exemple, en acier nickelé, sur lequel est monté un semiconducteur, par exemple, une plaquette de silicium 14 . Dans ce mode de réalisation, la pla-35 quette 14- est une plaquette de thyristor de type connu, qui comporte, sur sa face supérieure 16, une masse de soudure centrale 20, par exemple de plomb-, connectée à la région de gâchette de la plaquette, et une électrode métallique annulaire périphérique 22, 6934580 -2- 2020400 par exemple, de cuivre, connectée à la région de cathode de la plaquette. La face inférieure 24- de la plaquette 14, qui est connectée à sa région d'anode, est soudée au substrat 12. Sur la plaquette 14 est monté, à l'intérieur de l'an-5 neau cathodique 22, une rondelle plate 30 de matière isolante, telle qu'une céramique d'alumine.. La face inférieure plane 32 de la rondelle 50 repose sur la face supérieure 16 de la plaquette 14, l'épaisseur de la rondelle 30 étant telle que sa face supérieure plane 34 vient se placer au dessus de la face supérieure 10 36 de l'anneau cathodique 22. La paroi intérieure de la rondelle 30 est métallisée, avec du molybdène par exemple, -et la rondelle 30 est soudée en place au moyen de la -masse de soudure 20. Sur la rondelle 30 est montée une seconde plaquette 40. Dans ce mode de réalisation, la seconde plaquette 40 est un 15 transistor à base ouverte, également connu sous le nom de diode de déclenchement, de type connu . La face inférieure 42 de la pla quette 40, connectée à une première région de celle-ci, est soudée à la rondelle 30 et est reliée électriquement à la région de gâchette de la plaquette 14 au moyen de la soudure 20. 20 Un fil de connexion.44 est relié électriquement et mé caniquement, par exemple par soudage, à la face supérieure 45 de la plaquette 40, la face 45 étant connectée à une seconde région de la plaquette . Comme l'on sait, les diodes de déclenchement sont des dispositifs bidirectionnels et les deux régions de la 25 plaquette 40 constituent soit les régions d'émetteur ou de collec teur selon la polarité de la tension appliquée aux bornes de la plaquette. Un fil de connexion 46 est relié, par exemple par sou dage, à la cathode 22 de la plaquette 14. Les deux conducteurs 30 44 et 46 sont reliés, par exemple, par soudage, respectivement aux terminaisons 47 et 48 qui traversent avec interposition d'un isolant le substrat 12. Une enceinte ( non-représentée) pour le dispositif 10 peut-être constituée par une masse pleine de matière plastique 55 thermodurcissable moulée autour de l'ensemble . Dans un autre mode de réalisation, non-représenté, la rondelle 30 est pourvue d'une âme pleine de métal, par exemple de cuivre, remplissant son ouverture centrale comme un tampon. 6934580 -3- 2020400 Dans ce mode de réalisation, les plaquettes 14 et 40 sont soudées au tampon de métal . En se référant à la Fig.2, on va décrire maintenant l'assemblage du dispositif 10. En utilisant des procédés connus,on 5 pourvoit les plaquettes 14 et 40 de revêtements de soudure comme suit : iin revêtement 50 sur la face inférieure 24 de la plaquette 14; un anneau 52 de soudure couvrant la région de la cathode à la face supérieure 16 de la plaquette 14 ; un point 54 de soudure couvrant la région de gâchette à la face supérieure 16 de la pla-10 quette 14; et des revêtements 56 et 58 couvrant respectivement les faces supérieure et inférieure de la plaquette 40. Le processus de revêtement peut consister, par exemple, à former un mince dépôt de nickel sur les faces de la plaquette devant être revêtue et à tremper la plaquette ensuite dans un bain de soudure au 15 plomb . Ce processus produit des revêtements de soudure ayant une forme générale convexe. De plus, la face supérieure $6 de la cathode 22 est pourvue d'un revêtement de soudure 59 ♦ On place la plaquette 14 sur le substrat 12 et l'électrode annulaire 22 sur le revêtement de soudure 52 de la plaquette. On 20 met ensuite en place la rondelle de céramique 30 à l'intérieur de l'anneau 22 de façon à entourer le point de soudure 54 de la plaquette 14. On place ensuite la plaquette 40 sur le dessus de la rondelle 30, l'ouverture centrale de la rondelle recevant la masse convexe 5§"de soudure de la plaquette 40 et, ainsi, tendant 25 automatiquement à centrer cette dernière sur la rondelle 30. Bien qu'il soit préférable de centrer la plaquette 40 sur la rondelle 30, ceci n'est pas indispensable . La raison en est que du fait que la rondelle 30 est plus épaisse que l'anneau cathodique 22 ( voir Fig.1), la plaquette 40 n'a que peu tendance 30 de toucher l'anneau cathodique 22 et, par conséquent, de produire un court-circuit, à travers la masse de soudure 20, entre les régions de cathode et de gâchette de la plaquette 14. On fixe ensuite les fils' de connexion 44 et 46 respectivement aux terminaisons 47 et 48, par exemple par soudage, puis 35 on. applique respectivement les extrémités antérieures des fils 44 et 46 avec les surfaces revêtues de soudure de la plaquette 40 et de l'électrode 22.. Bien que cela ne soit pas représenté, des gabarits de montage appropriés peuvent être utilisés pour 6934580 -4- 2020400 faciliter l'empilage des divers composants du dispositif. On chauffe ensuite l'ensemble pour faire fondre les divers revêtements de soudure . Ainsi, la face inférieure 24 de la plaquette 14 se soude au substrat 12," l'anneau cathodique 22 se soude 5 à la région cathodique'de la plaquette 14,tandis que le point de -soudure 54 de la plaquette 14 et le revêtement 5& de la plaquette 40 s'unissent dans l'ouverture centrale de la rondelle 50 pour former la masse de soudure 20 ( ]?ig.1). la soudure 20 mouille la paroi intérieure métallisée de la rondelle 50 et lie fermement 10 les deux plaquettes 14 et 40 et la rondelle 50 pour former -un ensemble rigide de trois éléments . L'ouverture centrale de la rondét-le forme un puits pour recevoir la soudure fondue de la plaquette . 40,diminuant ainsi les risques que la soudure fondue 58 s'élève le long du cSté 60 de la plaquette 40 et vienne court-circuiter 15 les deux régions de cette dernière . De plus, la rondelle 50 empêche la soudure fondue 20 de l'intérieur de celle-ci ou la soudure 52 de l'extérieur de celle-ci de s'écouler le long de la face 16 de la plaquette 14 et, ainsi, de court-circuiter les régions de gâchette et de cathode de cette plaquette 14. 20 Les fils de connexion 44 et 46 sont-aussi soudés respecti vement à la plaquette 40 et à l'électrode 22 pendant l'étape de chauffage . La Fig.5 montre un dispositif de redressement 84 qui comprend un empilement de trois plaquettes de redressement 85,86 25 et 87 assemblées en une colonne verticale, des rondelles de céramique 50 étant disposées entre chaque paire de plaquettes et aux extrémités du dispositif. Les plaquettes de redressement 85, 86 et 87 sont de type connu, chacune comportant une face supérieure 38 reliée à la cathode et une face inférieure 90 connectée à l'a-50 node . Les faces supérieures 88 des plaquettes 86 et 87 sont reliées électriquement par des masses de soudure 92 s'étendant à travers les ouvertures centrales des rondelles 50 aux faces inférieures 90 des plaquettes 85 et 86 . Ainsi, les plaquettes 85, 36 et 87 sont montées en série, produisant un dispositif 84 ayant p5 une tension nominale qui est de l'ordre de la somme des tensions nominales de chaque plaquette de la pile . Les terminaisons du dispositif sont constituées par deux fils de connexion 94. et 95 liés respectivement aux faces 88 et 90 des plaquettes d'extrémité 6934580 -5- 2020400 cLe la pile . Une enceinte pour le dispositif 84 comprend xrn. manchon allongé 96 de matière isolante, telle qu'une céramique d'alumine, et deux rondelles d'extrémité 30. Les terminaisons 94 et 95 s'étendent à 11 extérieur de l'enceinte du dispositif, de façon 5 hermétique, à travers les ouvertures centrales remplies de soudure des rondelles . 6934580 -6- 2020400 - REVENDICATIONS - 1.- Dispositif semiconducteur gui comprend deux plaquettes semiconductrices caractérisé par m élément isolant interposé entre lesdites plaquettes et par des moyens conducteurs s'étendant à travers ledit élément isolant et liés à celui-ci et aux 5 dites plaquettes . 2.- Dispositif semiconducteur selon la revendication 1 dans lequel ledit élément isolant est une rondelle plate, lesdits moyens conducteurs étant constitués par une masse de métal remplissant l'ouverture de cette rondelle, lesdites plaquettes et 10 ledit élément isolant formant un ensemble rigide composé de trois éléments superposés . 3.- Dispositif semiconducteur qui comprend une première et une seconde plaquettes semiconductrices caractérisé par un élément isolant ayant deux faces et une ouverture s*étendant entre . 15 lesdites faces, cette ouverture étant remplie d'une matière solide conductrice de l'électricité, l'une des faces de l'élément isolant étant au contact de la première plaquette , une partie de cette première plaquette étant reliée à ladite matière conductrice ; et une seconde plaquette semiconductrice montée sur l'autre 20 face dudit élément isolant et qui est espacée de la première plaquette par ledit élément, cette seconde plaquette étant reliée à ladite matière conductrice . 4.- Dispositif semiconducteur selon la revendication 3 dans lequel l'ouverture de l'élément isolant, à ladite première face, 25 est disposée au-dessus de ladite partie de ladite plaquette; la seconde plaquette étant disposée au-dessus de l'ouverture de l'autre face dudit élément isolant; et ladite matière conductrice relie mécaniquement l'élément isolant et lesdites plaquettes. 5«- Dispositif semiconducteur selon la revendication 4- dans 30 lequel la première plaquette comporte une électrode espacée de ladite partie, et ledit élément isolant est disposé sur cette plaquette entre ladite électrode et ladite partie . 6.- Dispositif semiconducteur selon la revendication 5 dans lequel l'épaisseur dudit élément isolant est plus grande que 35 celle de ladite électrode, la seconde plaquette étant ainsi espacée hors de contact de ladite électrode .