Brevet FR2068782A1 — publié le 19710903

La présente invention concerne un procédé et un étrier pour former des contacts sur un corps semi-conducteur qui est brasé sur un substrat pourvu de fiches de connexion le traversant de façon isolée et qui comporte, sur 5 sa surface libre des zones de contact reliées de façon conduc-trice aux fiches de connexion» Il est connu de braser des corps semi-conducteurs sur un substrat métallique. Le substrat métallique sert alors simultanément de contact électrique et d'éva-10 cuateur de la chaleur perdue. Les corps semi-conducteurs à monter sonts par exemple, fabriqués suivant le procédé dit TCplanarM de sorte que toutes les autres connexions électriques sont situées sur la surface opposée au substrat et sont reliées électriquement dans cette zone à des fiches de contact traversant, 15 de façon isolée, le substrat métallique. On sait pourvoir de contacts et monter de tels dispositifs semi-conducteurs en plusieurs opérations en brasant par exemple initialement l'ensemble du corps semi-conducteur sur le substrat puis en reliant les surfaces de contact situées sur sa surface individuellement à 20 l'aide de fils ou d'étriers aux fiches de connexion les traversant de façon isolée. Ce processus d'établissement de contacts est cependant long car il s'effectue en plusieurs opérations. En outre s les très petites surfaces de contact prévues sur la surface du corps semi-conducteur doivent être reliées de façon 25 très précise à 1'étrier de connexion correspondant, ce qui nécessite une certaine habiletéo Le cas échéant, on ne peut former les contacts sur de tels corps semi-conducteurs qu'à l'aide de verres grossissants ou de microscopes. L'invention a pour but de fournir 30 un procédé de formation de contacts sur un corps semiconducteur dont la surface comporte, par exemplep plusieurs zones de contact £, ce procédé pouvant être mis en pratique même par des personnes non exercées et étant moins long que les procédés connus, du fait de sa simplification. En outrep 1°invention s'étend à 35 un dispositif pour former des contacts peur la mise en pratique du procédé. Le procédé de l'invention du type précité est caractérisé en ce qu'on place un gabarit de montage dans une position déterminée avec précision sur le substrat 40 métallique;, ce gabarit comportant des évidements dont les bords 70 42573 2. 2068782 de guidage assurent l'orientation précise des corps semi-conduc-teurs et des parties de contact les tuas par rapport aux-autres et par rapport au substrat, on place une feuille de brasage et les corps semi-conducteurs sur le support à travers les évide-5 ments ménagés dans le gabarit et ensuite on engage des étriers de contact élasticités, revêtus de brasure, représentant les parties de contact et dont la position est également définie par le gabarit de montages, sur les fiches de connexion, de manière que' leur position ne puisse plus être modifiée du fait de l'ir-10 réversibilité de la liaison d11 emmanchement 0 Il est également avantageux d'engager sur les étriers de contact des bagues de brasage pour braser les étriers sur les fiches de connexion. Suivant l'invention,-' il est ainsi 15 possible de réaliser l'ensemble des liaisons brasées en 'une seule opération,. Etant donné qu'un étrier de contact reste dans la position réglée initialement du fait de l'irréversibilité de la liaison par emmanchement, et sans»qu'il se produise d'écrasement ou de coincement, on peut enlever le gabarit de montage à 20 la fin du montage et on peut faire passer l'élément semi-ccndue-teur terminé de montage dans un four de brasage# Pour qu'il existe de la brasure pour toutes les zones à braser, les étriers de contact sont revêtus de brasure. Du fait que les étriers de eon-25 tact sont bloqués sur les fiches de connexion par suite de l'irréversibilité de la liaison établie, il est possible, en cas de réglage incorrect, de recommencer le montage de l'ensemble de l'élément semi-conducteur car une liaison irréversible par emmanchement peut être facilement séparée alors que deux parties 30 liées par écrasement ne peuvent plus être détachées l'une de l'autre sans perturbâtions en vue d'un nouveau montage. Lorsqu'on utilise un gabarit de montage, il est en outre possible, même pour des personnes non expérimentées, de monter rapidement et de façon sûre des élé-35 ments semi-conducteurs et de les pourvoir de contacts» Pour obtenir une précontrainte reproductible dans les étriers de contacts, il est avantageux que la surface du gabarit comporte simultanément une butée qui détermine la course prédéterminée de précontrainte de 1'étrier de contact, lors de son engagement 40 sur une fiche de connexion» Sous la forme la plus simple, la 70 42573 3.- 2068782 surface du gabarit de montage peut servir de butée, 1® étrier de contact étant alors engagé sur la fiche de connexion jusqu'à ce que sa surface vienne se placer dans le même plan que la surface du gabarit de montage, 5 Pour la mise en pratique du procé dé décrit plus haut, on utilise, conformément à l'invention, un étrier de contact qui est formé d'un matériau élastique et dont la partie en forme de TJ engagée sur une fiche de connexion est pourvue de deux trous d'enfichage placés l'un au-dessus de 1'-10 autre. Le matériau élastique présente une température de recristallisation suffisamment élevée pour que 1'étrier de contact conserve son élasticité également pendant le processus de brasage , de sorte que tous les contacts restent légèrement appliqués les uns contre les autres pendant cette opération» 15 La description ci-après se rappor te aux dessins ci-joints représentant un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels § - la figure 1 est un schéma mettant en évidence les différentes phases opératoires du procédé, 20 -la figure 2 représente un étri er de contact, - la figure 3 est une vue d'un élément semi-conducteur terminé de montâge0 Sur la figure 1 s deux broches de 25 guidage 11 sont placées sur une plaque de montage 10, de manière à s'engager dans deux trous de guidage 13 ménagés dans un gabarit de montage 12„ ïïn substrat métallique 14 servant à recevoir le corps semi-conducteur comporte deux fiches de connexion 15 et 16 le traversant de façon isolée« Le substrat métal-30 lique 14 est fixé sur la plaque de montage 10S de manière que ses fiches de connexions 15 et 16 soient engagées dans deux trous 17. Le gabarit de montage 12 comporte une série d" évidemment s 18 à 20 qui déterminent la position précise de tous les composants à fixer sur le substrat métallique 14, à savoir s 35 une plaquette de brasage 21, un corps semi-conducteur 22, un premier étrier de contact 23, un second étrier de contact 24 et deux bagues de brasage 25» Le déroulement du procédé est le suivant § initialement, le substrat métallique 14 est enfiché 40 sur la plaque métallique 10 par engagement des deux fiches de 70 42S7â 2068782 connexion 14 et 16 dans les trous 17» Ensuite, le gabarit de montage 12 est engagé par ses trous de guidage 13 sur les broches 11. La position des composants 21 à 25 sur le substrat métallique 14 est alors déterminée exactement par la série d'évi-5 dements 18, 19 et 200 Dans 1°évidement 18, on place initialement un morceau de feuille de brasage 21 puis le corps semiconducteur 22» Le corps semi-conducteur 22, qui comporte sur ,sa surface les surfaces de contact 26 et 27, reçoit, par l'intermédiaire des étriers de contact 23 et 24 qui sont fixés sur 10 les fiches de contact 15 et 16 des arrivées de courant» Une autre arrivée de courant est établie par brasage du côté inférieur du corps semi-conducteur 22 sur le substràt métallique 14» Cette zone brasée de grande surface sert simultanément à évacuer la chaleur perdue qui est produite dans le corps semi-conducteur,, 15 Le premier étrier de contact 23, qui est représenté à échelle agrandie sur la figure 2, et qui comporte plusieurs languettes de connexion 28, est engagé par ses deux trous 29 sur la fiche de connexion 15 après que le corps semi-conducteur 22 a été bloqué dans 1°évidement 18. Le 20 bord de guidage 30 de 1®évidement 20 est placé en position précise par rapport au corps semi-conducteur 22, de sorte que chacune des languettes de contact touche une des surfaces 26. Pour que 1"étrier de contact ne puisse pas changer de position lors des phases ultérieures du montage et sous 1"effet de vibrations 25 et maintienne également le corps semi-conducteur 22 contre le substrat métallique 14, il est formé d'un matériau élastique et, du fait de la prévision des deux trous d"enfichage 29 placés l'un au-dessus de l'autre, il peut être engagé sur la fiche de connexion 15, de telle sorte que sa position soit fixée par 1'-30 irréversibilité de la liaison. Cependant, lorsque le réglâge doit être modifié pour une raison ou pour une autre, lsétrier de contact peut être facilement enlevé par traction exercée sur la languette 35 et 1"ensemble du dispositif peut être à nouveau réglé car une liaison irréversible à emmanchement peut être 35 toujours séparée et à nouveau rétablie par la suite. Après que 111 étrier de contact 23 a été engagé sur la broche 15, une bague de brasage 25 est emmanchée sur celle-ci. De la même manière, le second étrier de contact 24 est placé dans 1"évidement 19, réglé par son bord de guidage 30, engagé sur la fiche de con-40 nexion 16 et fixé en position. 70 42573 2068782 Dans ce cas également, une bague de brasage 25 est engagée sur la fiche de connexion 16. Du fait que les étriers de contact sont étroitement fixés en position sur les fiches de connexion et maintiennent également le corps 5 semi-conducteur 22 appliqué sur le substrat 14 par leur près-sion de précontrainte élastique, le gabarit de montage 12 peut être enlevé et 1® élément semiconducteur terminé de montage et pourvu de contacts peut être brasé par chauffage dans un four approprié» Des étriers de contact 23 et 24 sont alors revêtus 10 complètement de brasure de manière à former des liaisons brasées solides également entre les surfaces 26 et 279 d'une part et le pied associé des étriers de contact. Pour que la position prise par tous les composants soit également conservée pendant 1*opération de brasage et ne soit pas modifiée par des vibrations ou 15 bien par fusion de la brasure, les étriers de contact sont constitués d'un matériau qui conserve ses propriétés élastiques également pendant le processus de brasage. La figure 2 représente à échelle plus grande 1"étrier de contact 23» Cet étrier de contact doit 20 remplir les fonctions suivantes § il doit présenter une bonne conductibilité électrique et thermique afin que, même lorsqu'il est traversé par des courants élevés, la chute de tension se produisant dans sa résistance et également l'augmentation de température des zones de contact en résultant ne puissent pas 25 avoir d'effet perturbateur. Le métal constituant 1'étrier ne doit pas altérer la structure physique du corps semi-conducteur. La température de recristallisation du matériau dont est constitué 1'étrier de contact doit être au moins égale à la température de brasage, afin que, lors de la liquéfaction de la brasu-30 re, les languettes de contact et les surfaces à pourvoir de contacts restent constamment- en contact l'une avec l'autre par suite de la précontrainte élastique des languettes de contact et ne puissent pas changer de position relative . Les ressorts de contact sont recourbés deux fois, à savoir d'abord dans le plan 35 de montage puis sur la surface de contact. Du fait de ce profil des ressorts, les forces produites par la dilatation thermique des languettes de connexion 28 ne sollicitent que faiblement les zones brasées. Du fait que le corps semi-conducteur 22 comporte cinq surfaces de contact 26 qui correspondent à une seule 40 connexion électrique, 1'étrier de contact 23 est pourvu d'un 2068782 nombre correspondant de languettes de contact» A cet effet,, les languettes de contact sont calculées suivant les règles des poutres flexible s s, de manière que les forces d'application exercées par elles sui' le corps semi-conducteur n'aient pas de réac«= 5 tions mutuelles et soient approximativement égales» Ainsip on peut compenser des différences de niveaux existant éventuellement entre chaque pied de contact et les zones de contact 26 indépendamment les unes des autres par 1° écrasement élastique se produisant en 26 ,et le 10 corps semi-conducteur 22 ne peut,, également9 pas basculer excessivement au cours de la fusion des couches de brasure douce» Pour que les étriers de contact puissent être facilement manipulés en cours de montages ils comportent des languettes 5 permettant leur accrochage, par exemple à l'aide d'une petite pin-15 ce» Il s'est avéré particulièrement avantageux d'utiliser pour les étriers de contact la matière suivante s une tôle d'Ag 97 Cu3» la résistance à la traction de ce matériau est d'environ 40 kg/mm2B sa dureté Vickers HV^q est 20 d'environ 115 kg/mm2 j, sa température de recristallisation est d'environ 600°C9 son module d'élasticité est d'environ 5600 kg/ mm 9 son coefficient linéaire de dilatation thermique est d'en- c=6 1 viron 20 » 10° . 1 et l'épaisseur de la tôle est d'environ °C 0915 mm» Cette tôle est pourvue sur ses deux faces d'une cou-25 che de brasure formée de Pb 96 Sn4 et d'une épaisseur d'environ 40 microns» La figure 3 représente un élément semi-conducteur terminé de montage et de brasage» comme indiqué par les zones brasées 40» Au moins la surface du corps semi-30 conducteur terminée de brasage peut maintenant être revêtue d'une couche de laque protectrice» Ensuites une capsule métallique hermétique de protection contre les influences atmosphériques est fixée par brasure ou par soudage sur le substrat 14» Les avantages particuliers de 35 1"invention-consistent en ce qu'un élément semi-conducteur peut être assemblé même par des ouvriers absolument inexpérimentés» En outre9 une pression d'application est maintenue sur les surfaces de contact à braser avec les languettes de connexion pendant toute l'opération de brasage9 de sorte qu'il ne peut se 40 produire aucune séparation des contacts2 même en cas de fusion 70 «573 7.- 2068782 de la brasure,, le réglage est assuré à l'aide de gabarits de montage et la position une fois réglée est conservée du fait de l'irréversibilité de la liaison des étriers de contact avec les fiches de connexion. Sip sous Ie effet d'influencesextérieures 5 q.uelconque9 le réglage est modifié9 il est facile de démonter l'élément semi-conducteur et de le réassembler à nouveau» En outre 9 il est possible de pourvoir un étrier de contact d'une| sé~ rie de languettes de connexion placées aussi bien les unes à côté des autres que les unes au-dessus des autres et de pourvoir 10 de contacts9 d'une manière simple? par exemple un transistor de puissance comportant plusieurs connexions d°émetteur0 la formation précise et sûre des contacts est possible à l'aide d"étriers de contacts conservant leur élasticité également pendant l'opération de brasage et re~ 15 vêtus de brasures par exemple dans un élément semi-conducteur de puissance et même dans le cas de liaisons de contact devant résister à de forts courants de charge0 le procédé de formation de contacts suivant l'invention permet de réduire considérablement les frais de fabrication d'un élément semi-conducteur» 20 Bien entendus 1einvention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation,, sans pour cela sortir du cadre de l5invention0 70 42573 2068782 HEVENDICATIOHS 10= Procédé et dispositif pour former des contacts sur un corps semi-conducteur qui est brasé sur un substrat pourvu de fiches de connexion le traversant de 5 façon isolée et qui comporte^ sur sa surface libre,, des zones de contact reliées de façon conductrice aux fiches de connexion, procédé caractérisé en ce qu'on place9 dans une position déterminée sur un substrat métallique, un gabarit comportant des évi-dements dont les bords assurent l'orientation précise des corps 10 semi-conducteurs et des parties de contact entre eux et par rapport au substrat^ on place sur le support une feuille de brasage et les corps semi-conducteurs a travers'des évidements ménagés dans le gabarit^ et ensuite on engage sur les fiches de connexion des étriers de contact élastiques^ revêtus de brasure, 15 représentant les parties de contacte, dans une position définie par le gabarit de montage;, et qui ne peut plus être modifiée en raison du blocage de la liaison d'emmanchement» 20-'Proeédé de formation de contacts suivant la revendication 1, caractérisé en ce que des ba-20 gues de brasage sont engagées sur les étriers de contact en vue du brasage de ces étriers avec les fiches de connexion. 3»~ Procédé de formation de contacts suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la surface du gabarit sert simultanément d'élément pour limiter la 25 distance d'engagement des étriers de contact sur une fiche de connexion en vue de maintenir une course maximale de précontrainte prédéterminée. 4o~ Etrier de contact pour la mise en pratique du procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, . 30 caractérisé en ce qu'il est formé en une matière élastique et en ae que la partie engagée sur une fiche de connexion a une forme de ïï et est pourvue de deux trous d'enfichage placés l'un( au-dessus de l'autre. 5.- Etrier de contact suivant la 35 Revendication 4» caractérisé en ce qu'un même étrier comporte plusieurs languettes de contact. 6.= Etrier de contact suivant la revendication 4s, caractérisé en ce que les languettes de contact aboutissant aux surfaces de contact du corps semi-conduc- 40 teur sont coudées deux foisp à savoir une première fois hors 70 42573 2068782 du plan de mont âge 9 et une seconde fois vers la surface de contact, les parties qui s'appliquent sur les surfaces de contact étant aplaties approximativement parallèlement au substrat de façon à former des pieds de contact. une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les deux branches de la partie en forme de U qui est enfichée sur line fiche de connexion se prolongent par des languettes de contact qui sont placées l'une au-dessus de l'autre dans deux plans dif- une des revendications 4 à 7p caractérisé en ce que les languettes de contact sont calculées en utilisant les lois de flexion de poutres9 afin que les forces de pression qu'elles exercent 15 sur le corps semi-conducteur n'exercent pas de réaction mutuelle et soient approximativement égales. une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce qu'il est formé d'un matériau qui conserve ses propriétés élastiques, même pén-20 dant le processus de brasage0 revendication 9} caractérisé en ce qu'il est formé d'une tôle présentant les propriétés suivantes g 5 7.- Etrier de contact suivant 1°~ 10 férents. 8.= Etrier de contact suivant 1'- 9o- Etrier de contact suivant 1'- 10„~ Etrier de contact suivant la Matière Ag 97 Cu3 25 Résistance à la traction s Dureté ¥ickers g Température de recristallisation Module d'élasticité s 40 kg/mm^ HV10 ^ 115 kg/mm2 + 600°C 5 600 kg/mm2 Coefficient linéaire de dilatation ther» 30 La feuille étant pourvue sur ses deux faces d'un placage de s Pb 96Sn4 de 40 microns d'épaisseur PC 0,15 mm Epaisseur § 35 Résistance électrique spécifique g Coefficient- de température de la ré' sistance § ri 994.10"6_C^ om à 20°C ::î Conductibilité thermique s ; Coefficient de température de la conduc + 5.10~4 °C~1 /V 70 42573 10.- 2068782 110= Etrier de contact suivant l'une des revendications 4 à 10s caractérisé en ce qu'il comporte des languettes permettant l'accrochage à l'aide d'une petite pince ou analogue.