Brevet FR2115257A1 — publié le 19720707

La présente invention se rapporte à des dispositifs semiconducteurs et concerne, notamment, des emballages de matière plastique pour de tels dispositifs» Un emballage de matière plastique couramment utilisé dans l'in-5 dustrie comprend un substrat en un métal bon conducteur de la chaleur sur l'une des faces duquel est fixée une pastille semiconduc-trice, une matière d'enrobage flexible, telle qu'une résine de sili-cone, étant disposée au-dessus de cette pastille. Un moulage en une matière plastique dure entoure la matière d * enrobage et la surface \ 10 du substrat. Des attaches métalliques s'étendent à travers les matières plastiques et d'enrobage et établissent une liaison électrique entre la pastille et des points situés à l'extérieur de l'emballage. Cet emballage de matière plastique s'est révélé particulièrement utile pour les dispositifs de puissance,- car la pastille est 15 montée sur un substrat conducteur de la chaleur qui, de son côté, est monté sur un organe de dissipation thermique. Toutefois, cet emballage présente plusieurs inconvénients. En premier lieu, la matière d'enrobage flexible contient souvent des impuretés qui ont une action nuisible sur les états de surface de la 20 pastille semiconductrice et qui affectent ses propriétés électriques. En second lieu, du fait- que ni le moulage, ni la matière d'enrobage flexible ne forme réellement un joint hermétique avec le substrat, des liquides nocifs peuvent souvent s'infiltrer et dégrader les propriétés du dispositif et même le détruire. Troisièmement, les atta-25 ches métalliques se déplacent intérieurement sous l'action de légères contraintes mécaniques externes, puisqu'elles ne sont tenues en place que par la matière plastique et la matière d'enrobage. La présente invention a pour objet un emballage de dispositif semiconducteur comportant un substrat sur l'une des grandes faces 30 duquel est fixée une pastille semiconductrice. Une matière d'enrobage flexible est disposée au-dessus de la pastille et des moyens d'espacement sont interposés entre elle et la matière d'enrobage. Un moulage isolant couvre la surface du substrat et entoure la matière d'enrobage. 35 L'invention comprend aussi un procédé pour produire un emballa ge de dispositif semiconducteur comportant un substrat sur l'une des surfaces duquel est montée une pastille semiconductrice, ce procédé 71 41425 2 2115257 comprenant les étapes suivantes: on prévoit des moyens pour restreindre l'écoulement latéral d'une matière d'enrobage liquide qui doit être disposée au-dessus de la pastille semiconductrice. On prévoit des moyens supplémentaires pour espacer la matière d'enrobage de la 5 pastille, et on dispose la matière d'enrobage liquide au-dessus de ces moyens d'espacement et à l'intérieur des moyens de restriction. On gélifie ensuite la matière d'enrobage et on dispose un moulage isolant autour de celle-ci et des moyens de restriction et au-dessus de la surface du substrat. 10 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressorti- ront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d' exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel : la fig.l est une vue en coupe d'un emballage de semiconducteur 15 conforme à la présente invention, et les fig.2 à 4 sont des vues en coupe d'autres modes de réalisation de l'emballage de la fig.l. On va décrire maintenant un emballage de semiconducteur conforme à la présente invention en se référant à la fig.l. 20 L'emballage' représenté, qui est désigné en son entier par 10, comprend un substrat 12 ayant une grande face 14. Le substrat 12 peut être en un métal ayant une bonne conductivité thermique, par exemple, en cuivre nickelé. Les dimensions du substrat 12 ne sont pas critiques. 25 Une pastille semiconductrice 16, constituant une diode, un tran sistor, un thyristor, un circuit intégré, etc., est fixée sur la fa- • ce 14 au moyen d'une soudure 18. Une matière d'enrobage flexible 20, telle qu'une résine de silicone, est disposée au-dessus de la pastille 16, dont elle est espacée par un séparateur 22. Le séparateur 30 22 comprend une paroi latérale 24, entourant la pastille 16, et un couvercle 26 s'étendant au-dessus de cette dernière et qui fait partie intégrante de sa paroi latérale. Le séparateur 22 peut être constitué par une matière isolante ayant, de préférence, un coefficient de dilatation thermique très voisin de celui de la pastille semicon-35 ductrise 16. C'est ainsi, par exemple, que, quand la pastille 16 est en silicium, le séparateur 22 peut être en alumine, en verre, ou en oxyde de béryllium. En variante, le séparateur 22 peut être consti 71 41425 5 2115257 tué par un métal percé d'ouvertures constituant des traversées isolées, comme il sera expliqué plus loin. Un moulage 28 en une matière plastique dure couvre les parties découvertes de la surface 14 et entoure la matière d'enrobage 20. le 5 moulage 28 peut être constitué par l'une quelconque des matières plastiques couramment utilisées à l'heure actuelle dans l'industrie des composants électroniques. l'emballage 10 comporte aussi une bordure 30 s'étendant à l'opposé de la surface 14 et dans l'intervalle entrev la matière d'enro-10 bage 20 et le moulage 28. Comme le montre la fig.l, la bordure 30 peut être rattachée directement au séparateur 22 par un élément de jonction 33. L'élément de jonction 33 entoure étroitement la pastille 16 et est fixé à la surface 14 par une couche d'adhésif 31. Le couvercle 26 du séparateur 30 est percé.d'une ouverture 32, 15 en outre, la bordure 30 est également percée d'une ouverture 34 s'é-tendant parallèlement au substrat 12. Une attache métallique 36 s'étend parallèlement à la surface 14, à travers le moulage 28, l'ouverture 34 de la bordure 30 et la matière d'enrobage 20. L'attache 36 comporte une extrémité 38 qui s'étend à travers l'ouverture 32 du 20 couvercle 26 et vient s'appliquer contre la pastille semiconductrice 16. L'emballage 10 est produit de la manière suivante: On fixe la pastille 16 à la surface 14 du substrat 12 par des techniques de soudage classiques. En variante, la pastille 16 et une 25 préforme de soudure pourraient être assemblées dans l'élément de jonction 33 et sous le séparateur 22, lequel sert ainsi à centrer la pastille pendant le chauffage. Le séparateur 22, l'élément de liaison 33 et la bordure 30 peuvent être estampés ou matrices dans un seul morceau de métal, comme représenté sur la fig.l. L'attache 30 métallique 36 est ensuite mise en place de manière que son extrémité 38 repose sur la pastille 16. De préférence, un grain de soudure (non-représenté) est placé sur la pastille 16 afin de faciliter son union avec l'extrémité 38 de l'attache. On procède ensuite à une é-tape de chauffage et de refroidissement pour unir la pastille 16 et 35 le séparateur composite 33, 22, ainsi que la bordure 30 à la surface 14 et pour fixer l'extrémité 38 à la pastille 16. Ensuite, on dispose la matière d'enrobage 20, à l'état liquide, au-desssus du sépa 71 41425 2U5257 ■ rateur 22 et à l'intérieur des confins de la bordure 30, par exemple, au moyen d'un distributeur automatique. On laisse ensuite la matière d'enrobage 20 prendre de façon à présenter un état flexible. C'est ainsi, par exemple, que la matière d'enrobage 20 peut compren-5 dre un système en deux parties composé de silane et de silicone de vinyle, vendue par la société américaine Dow Corning Corporation sous la désignation XR60095. Cette silicone forme une gelée à 1502C. L'emballage 10 est ensuite monté dans l'une des machines à mouler existant dans le commerce et on place le moulage de matière plasti-10 que 28 autour de la matière d'enrobage 20 et de la bordure 30, et au-dessus des parties découvertes de la surface 14. C'est ainsi, par exemple, que le moulage 28 peut être constitué par une résine de silicone telle que celle vendue par la société américaine Dow Corning Corporation sous la référence DC 306 qui exige une polymérisation de 15 3 minutes sous une pression de 56 kg/cm2 et à une température de 175-1802C. L'emballage de la présente invention offre plusieurs-avantages. C'est ainsi que le séparateur empêche effectivement les impuretés contenues dans la matière d'enrobage de dégrader les caractéristi-20 ques du dispositif et il constitue, conjointement avec l'élément de liaison, un moyen pour centrer la pastille semiconductrice pendant la fabrication. Le séparateur forme aussi une biarrière, à la fois au plan de jonction entre le moulage et le substrat et entre ce dernier et la 25 matière d'enrobage, empêchant ainsi l'infiltration de liquides nuisibles. L'emballage assure aussi un soulagement des contraintes mé- • caniques s'exerçant sur l'attache métallique. La bordure restreint le fluage latéral de la matière d'enrobage pendant la fabrication de l'emballage. Enfin, cet emballage est utile dans les applications 30 exigeant l'emploi simultané de deux ou plusieurs pastilles, comme décrit ci-après. Dans la variante de réalisation représentée sur la fig.2, l'emballage 11 est identique à l'emballage 10 de la fig.l, sauf que le séparateur 22 comportant la paroi latérale 24 et le couvercle 26 a 35 été supprimé. Ce mode de réalisation est utile pour constituer un moyen de positionnement de la pastille pendant la fabrication de l'emballage. 71 41425 2115257 La fig.3 = montre un troisième mode de réalisation 40 qui est essentiellement identique à l'emballage 10 de la fig.l, sauf qu'il comporte une seconde pastille semiconductrice 42 fixée à la face supérieure de l'élément de jonction 33, entre la bordure 30 et la 5 paroi latérale 24. Deux attaches métalliques supplémentaires 37 et 38 s'étendent à travers l'emballage 40 pour venir au contact de la seconde pastille 42, de la même manière que 1'attache 36 vient s'appliquer contre la première pastille 16. Ainsi, ce mode de réalisation convient pour les applications exigeant deux ou plusieurs pas-10 tilles isolées électriquement l'une de l'autre. Enfin, la fig.4 illustre un quatrième mode de réalisation 50 qui est identique à l'emballage 10 de la fig.l, sauf qu'il comporte deux pastilles semiconductrices 52 et 54 fixées à la face supérieure 14 du substrat 12. Un séparateur 56 est placé entre les deux pas-15 tilles 52 et 54 et la matière d'enrobage 20, de la même manière que le séparateur 22 de la fig.l. Des attaches métalliques 58 et 60 viennent s'appliquer respectivement contre les pastilles 52 et 54 et une connexion métallique 62, portée par le séparateur 56 relie électriquement une région semiconductrice de la première pastille 52 à 20 une région semiconductrice de la seconde pastille. 54. L'emballage 50 est utile pour les montages comprenant plusieurs dispositifs dans le même emballage, par exemple, pour les montages Darlington. Pour diminuer le prix de l'emballage, on pourrait supprimer la matière d'enrobage flexible dans chacun des modes de réalisation dé-25 crits ci-dessus. 71 klk25 6 2115257 RBVBNDICATI0H3 1.- Emballage de dispositif semiconducteur caractérisé en ce qu'il comprend un substrat ayant une grande face; une pastille semi-conductrice fixée sur cette surface; une matière d'enrobage flexi- 5 ble disposée au-dessus de ladite pastille; un séparateur interposé entre ladite pastille et ladite matière d'enrobage; et un moulage isolant couvrant ladite face et entourant ladite matière d'enrobage. 2.- Emballage de dispositif semiconducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit séparateur comporte une paroi 10 latérale reliée à ladite face, autour de ladite pastille et s'étendant à l'opposé de celle-ei, et un couvercle s'étendant au-dessus de ladite pastille et qui est solidaire de ladite paroi latérale. 3.- Emballage de dispositif semiconducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit séparateur a un coefficient de 15 dilatation thermique très voisin de celui de ladite pastille semi-conductrice. 4.- Emballage de dispositif semiconducteur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, une bordure reliée à ladite face et s'étendant à l'opposé de celle-ci, cette bor- 20 dure étant espacée de ladite paroi latérale et s'étendant dans l'intervalle entre ladite matière d'enrobage et ledit moulage isolant. 5«- Emballage de dispositif semiconducteur selon la revendication 4 dans lequel ladite matière d'enrobage est une résine de silicone. 25 6.-Emballage de dispositif semiconducteur selon la revendica tion 5 caractérisé en ce que ledit couvercle est percé d'une ouverture; une attache métallique s*étendant, parallèlement à ladite face et, à travers ledit moulage, ladite bordure et ladite matière d'enrobage; ladite attache comportant une extrémité qui s'étend à tra- 30 vers ladite ouverture et qui vient s'appliquer contre ladite pastille semiconductrice.