Brevet FR2027449A1 — publié le 19700925

-i- 2027449 La présente invention se rapporte à des dispositifs semiconducteurs. Certains types de dispositifs semiconducteurs comprennent un substrat, une pastille semiconduçtrice montée sur ce substrat 5 et une enceinte constituée par une s&tière d'enrobage moulée coir* pacte. Le dispositif est percé d'une ouverture au moyen de laquelle il peut ttre serré sur un ehtssis, par exemple à l'aide d'une vis. L'un des inconvénients de ce dispositif est que la pression 10 exercée sur l'enceinte, lorsqu'on serre la vis, est transmise par la matière d'enrobage compacte ïa pastille et provoque souvent les variations indésirables ëH caractéristiques électriques du dispositif et aime parfois une rupture de là pastille ou des connexions électriques aboutissant è celle-ci. 15 Un autre inconvérfent de ces dispositifs est qu'en raison - de la différence des coefficients 4* dilatation thermique de la matière d'enrobage et du substrat Sttr lequel la pastille est montée, la matière d'enrobage s'écarte du substrat, permettant ainsi aux matières étrangères de parvenir jusqu'à la pastille semi- 20 conductrice et d'exercer une inflwemse nuisible sur celle-ci* Selon l'invention, un dispositif semi-conducteur comprend - \in substrat et une pastille semicoMtxctrice montée sur une première surface de celui-ci* La et certaines parties du substrat, à l'exception de l'une*, au moins, des surfaces de celui- 25 ci, sont enrobées dans une enceinte moulée compacte. Un trou s'étend à travers l'enceinte et le substrat, entre l'une des.surfaces de l'enceinte et la surface non-enrebée du substrat. La première surface du substrat, sur laquelle le pastille est montée, s'étend transversalement è la surface de l'enceinte et forme un angle 30 aigu avec la surface non-enrobée du substrat. 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 référencé au dessin annexé dans lequel i ' 35 la fig.l est une vue en plan d'un dispositif semi-conducteur conforme à l'invention; la fig.2 est une vue latérale du dispositif de la fig.l; la fig.3 est une vue en perspective illustrant l'une des étapes de la fabrication du dispositif des figs.l et 2* 69 45371 -2 2027449 En se référant au dessin, on voit un dispositif semi— conducteur 10, en l'occurence un transistor, qui comprend un substrat de métal 12, par exemple en nickel ou en cuivre plaqué d'or. Le substrat 12 comprend une partie 14 qui s'étend vers l'arrière 5 et une partie 16 s détendant vers le haut, l'angle A compris entre les deux parties 14 et 16 étant un angle aigu de 60*, par exemple* Sur la surface antérieure 18 de la partie 16 est montée une pas» ■ € tille semiconductrice 20 comportant un émetteur, une base et uar collecteur. Le collecteur est connecté à la surface de base de la 10 pastille 20 et, ainsi, est relié électriquement au substrat 12* Bien que cela ne soit pas représenté, la pastille 20 est, de préférence, couverte d'une première masse (non représentée) de matière d'enrobage, par exemple d'une résine de silicone extrfaM»': ment pure, destinée à protéger sa surface. 15 A la surface 18 fait saillie une lèvre 26* La lèvre 26 est un prolongement de la surface inférieure 28 de la partie 14 dm substrat. Le but de la lè*re 26 sera précisé par la suite. L'angle B formé par les deux surfaces 18 et 28 est un angle aigu de 60* par exemple. 20 La partie 14 du substrat est percée d'une ouverture dm montage 30._ Deux fins fils 36 et 38 sont connectés respectivement à l'émetteur et à la base de la pastille 20, les fils 36 et 38 étant, de leur côté, connectés respectivement è deux fils plus 25 gros 40 et 42. Les deux fils fins 36 et 38 sont entièrement enfo«* bés dans une seconde masse 46 d'une matière d'enrobage analogme au caoutchouc (esquissée en tirets sur la fig.2), par exemple dams une résine de silicone flexiblè, qui bute contre la lèltare 26. L'utilité, de cette matière d'enrobage sera expliquée plus loin. 30 Un troisième fil 44 est relié invariablement au substrat 12, étant peur exemple serré mécaniquement entre les parois d'une fente 45 (fig.3)du substrat. Le fil 44 est connecté, par le substrdb 12, au collecteur de la pastille 20. Tout le substrat 12, à l'exception de sa surface 28, est 35 enfermé dans une troisième masse 48 d'une matière d'enrobage compacte (esquissée en tirets sur les figs.l et 2) telle qu'urne résine à mouler connue à base de silicone. La masse de matière d'enrobage 48 constitue, avec la surface 28 du substrat, 1*enceinte 49 du dispositif 10. Une ouverture 50 s'étend è travers la 69 45371 3 2027449 masse de matière d'enrobage compacte 48 et forme, conjointement avec l'ouverture 30 du substrat 12, une ouverture de montage 52 pour le dispositif. Les fils 40, 42 et 44 sortent à travers la masse de matière d'enrobage 48 et constituent les terminaisons 5 du dispositif Le dispositif 10 peut être monté sur un châssis en connectant ses terminaisons à des broches ou à une douille appropriée prévue sur celui-ci. De plus, pour obtenir un montage plus rigide du dispositif sur un châssis 53 (fig.2) et pour assurer la dissi-10 pation de la chaleur, une vis 54 (esquissée en tirets sur la figure 2) est introduite à travers le trou 53 et vient se visser dans un trou taraudé du châssis. La surface non-enrobée 28 du dispositif est fermement plaquée contre la surface du châssis, établissant ainsi une voie d'évacuation de la chaleur du dispositif 15 vers le châssise Pour assembler le dispositif 10, on monte une pastille semiconductrice 20, par exemple par soudage, sur la surface 18 du substrat 12, laquelle présente une fente ouverte 45 d'un côté. On fixe ensuite les fils 36 et 38, par exemple en les soudant, 20 aux électrodes (non représentées) présentes à la surface de la pawtille 20. On revit ensuite la pastille 20 d'une résine de protection, par exemple au moyen d'un stiligoutte» On place ensuite le substrat 12, comme le montre la figure 3, près d'un appareil de serrage 62 comportant deux mâchoires 25 opposées 64 entre lesquelles les fils de sortie 40, 42 et 44 sont serrés» On serre les mâchoires 64 au moyen de vis 66. On place le substrat de manière que le fil de sortie 44 soit logé dans la fente 45 du substrat et que les fils de sortie 40 et 42 soient placés sur les fins fils 36 et 38. On repousse ensuite vers l'in- ' 30 térieur la paroi extérieure 59 de la fente 45 afin de serrer fermement le fil de sortie 44 dans celle-ci, puis on relie les deux fins fils 36 et 38, par exemple par une soudure, respectivement aux fils de sortie 40 et 42. On dépose ensuite la seconde masse de matière d'enrobage 35 46 sur le substrat,, en utilisant un distributeur connu, afin d' enrober la pastille 20, les fins fils 36 et 38 et aussi, au moins, les jonctions des fils 36 et 38 avec les fils de sortie 40 et 42. Le but de la lèvre 26 est d'empêcher la masse de matière d'enrobage 46, qui est fluide au moment où on l'applique, de 69 45371 -4- 2027449 s'écouler de la surface 18 sur la surface 28. Après le durcissement de la seconde masse de matière d'enrobage 46, on moule la troisième masse de matière d'enrobage 48, de façon classique, autour du substrat 12 et des fils de 5 sortie 40, 42 et 44. La masse de matière d'enrobage 48 couvre la paroi de l'ouverture 30 du substrat 12 et l'arrière 17 de la partie ascendante 16, isolant ainsi électriquement le substrat 12 de la vis 54 utilisée pour monter le dispositif sur le ch&ssis* On ouvre ensuite les mâchoires de serrage 64 pour libérer lO les fils de sortie du dispositif fini. Bien que l'assemblage d'un seul dispositif 10 ait été décrit, il est préférable, dans la pratique, d'assembler plusieurs dispositifs en même temps. A cette fin, on utilise un appareil de montage 62 assez long pour tenir un certain nombre de 15 groupes espacés de trois fils de sortie. On utilise également: une monture, non représentée, sur laquelle un certain nombre de substrats sont montés de manière à pouvoir les disposer dans la position voulue par rapport aux fils de sortie 40, 42 et 44 s'étendant de l'appareil 62. Les opérations qui suivent de fermeture de la 20 fente, de fixation des fils, d'enrobage des pastilles e% de aeu-lage de l'enveloppe peuvent toutes être exécutées selon des techniques de production de masse. Les avantages des dispositifs décrits ci-contre sont les suivants: 25 Le dispositif comporte des terminaisons ayant une section circulaire. Ceci est avantageux tant du point de vue de la résistance mécanique et de la flexibilité, qu'en ce que le dispositif peut être monté sur des embases ayant des ouvertures cylindriques circulaires et qui ne peuvent pas recevoir des dispositifs ayant 30 des fils de sortie plats. Ainsi, les dispositifs de la présente invention peuvent remplacer directement des dispositifs plus coûteux ayant des tiges classiques de verre et de métal et des terminaisons de section circulaire, tels que les dispositifs montés dans des enveloppe du type T0-5. 35 Du fait que la pastille 20 est montée sur une surface 18 s'étendant transversalement aux surfaces externes 59 et 28 du dispositif (voir fig.2) entre lesquelles la pression de la vis de montage 54 du dispositif s'exerce, la pression transmise à la pastille 20 est considérablement diminuée. Ceci diminue les ris**; 69 45371 -5 2027449 ques de rupture de la pastille 20 ou des fins fils connectés à celle-ci. Le fait de disposer la surface 18 du substrat suivant un angle autre que 90* par rapport aux surfaces 28 et 59 du disposi-5 tif permet aussi de diminuer la hauteur de ce dernier. Le fait de placer la surface 18 suivant un angle aigu par rapport à la surface 28 raccourcit la voie de dissipation de la chaleur entre la pastille 20 et la surface 28, augmentant ainsi l'efficacité dù refroidissement du dispositif. 10 Les diverses matières d'enrobage connues pouvant être uti lisées pour l'enveloppe 49 du dispositif ont généralement des coefficients thermiques plus grands que ceux des divers métaux, tels que le cuivre, l'acier, etc.., que l'on utilise pour fabriquer le substrat 12. XI en résulte que la différence de dilata-15 tion entre la masse de matière d'enrobage 48 et le substrat 12, sous l'action des changements de température se produisant dans le dispositif, développe des contraintes mécaniques susceptibles de casser les fins fils de connexion 36 et 38. Cet inconvénient est évité en noyant la pastille et les fils dans une masse de ma-20 tière d'enrobage élastique 46. La masse de matière 46 est flexible et absorbe les contraintés qui lui sont appliquées, empêchant ?d.nsi ces contraintes d'atteindre la pastille ou les fils et de les endommager. - Un autre problème soulevé par la différence des coeffi-25 cients de dilatation entre la masse de matière d'enrobage 48 et le substrat 12 est que le corps de l'enveloppe risque de s'écarter de la surface du substrat, par exemple à la jonction 80 (figure 2) entre la masse de matière 48 et la surface 28 du substrat. Toutefois, la présence de là lèvre 26 contribue à ancrer la 30 masse de matière d'enrobage 48 au substrat 12, ainsi qu'à augmenter la distance entre la jonction 80 et la pastille 20, réduisant ainsi les risques que les impuretés ambiantes puissent atteindre la pastille. De plus, l'inclinaison des deux parties 14 et 16 du substrat favorise également l'ancrage de la masse de matière d'en-35 robage 48 à ce dernier0 69 45371 -6- 2027449 REVENDICATIONS 1)Dispositif semiconducteur qui comprend un substrat et une pastille semiconductrice montée sur une première surface du dit substrat, caractérisé par une enceinte moulée compacte enro- 5 bant cette pastille et certaines parties dudit substrat, à l'exception d'au moins une seconde surface de ce dernier, ledit substrat et ladite enceinte étant percés d'une ouverture continue s'étendant entre l'une des surfaces de ladite enceinte et la seconde surface dudit substrat, la première surface du substrat s' 10 étendant transversalement à ladite surface d'enceinte et formant un angle aigu avec la seconde surface du substrat, et des terminaisons connectées à différentes parties de ladite pastille et qui s'étendent hors de cette enceinte. 2) Dispositif semiconducteur selon la revendication 1, 15 dans lequel le substrat comprend deux parties transversales reliées interceptant un angle aigu, ladite première surface étant située sur l'une desdites parties, cependant que ladite seconde surface est située sur l'autre,, 3) Dispositif semiconducteur selon la revendication 1, 20 dans lequel l'une, au moins, desdites terminaisons est connectée à une partie de ladite pastille au moyen d'un fin fil lié à la dite terminaison et à ladite partie, une matière analogue au caoutchouc enrobant la pastille et le fil fin, y compris les jonctions dudit fil avec ladite terminaison et avec ladite partie, 25 un prolongement de la seconde surface du substrat, à la jonction desdites deux parties, produisant une lèvre s'étendant de ladite première surface, ladite matière d'enrobage venant buter contre cette lèvre. 4) Dispositif semiconducteur selon la revendication 2, 30 dans lequel l'une, au moins, desdites terminaisons est connectée à une partie de ladite pastille au moyen d'un fin fil lié à la dite terminaison et à ladite partie, une matière analogue au caoutchouc enrobant ladite pastille et ledit fil, y compris les jonctions de ce fil avec ladite terminaison et ladite partie, 35 cependant qu'un prolongement de la seconde surface dudit substral; à la jonction des deux parties, produit une lèvre s*étendant de cette première surface, ladite matière d'enrobage venant buter contre cette lèvre. 5) Dispositif semiconducteur selon l'une quelconque des 69 45371 -7- 2027449 revendications 1, 2 ou 3, dans lequel ledit substrat présente une fente et où lesdites terminaisons sont constituées par des tiges de section circulaire, l'une desdites tiges étant fixée audit substrat par serrage entre les parois de ladite fente®