Brevet FR2175092A1 — publié le 19731019

La présente invention se rapporte à un conditionnement pour dispositif électrique, en particulier un dispositif à semi-conducteur à conducteurs-poutres L'invention concerne plus spécialement un conditionnement "double rangée" perfec tionné pour confettis de circuit intégré à conducteurs-poutres qui permet d'utiliser aisément de tels confettis sur des cartes à circuit imprimé normalisées Dans le conditionnement de dispositifs à semiconducteur liés par fils, on a longtemps considéré souhaitable d'utiliser des cadres de conducteurs qui sont fabriqués sous forme de bandes.Plusieurs confettis à semi-conducteur sont liés par point eutectique à des bornes d'une série de cadres de conducteurs de la bande Les connexions par fils sont formées entre diverses parties de chaque confetti et d'autres bornes des cadres La bande est insérée dans une presse de moulage et une matière plastique est moulée sur la bande afin de couvrir les dispositifs à semi-conducteur Lorsque le moulage est achevé, les unités individuelles sont découpées dans la bande erisorte que des dispositifs conditionnés avec conducteurs séparés soient disponibles Ce système a travaillé avec grand succès pour les dispositifs liés par fils Le succès remporté par ces dispositifs enrobés de matière plastique a incité à rechercher un conditionnement similaire pour les dispositifs à conduc teurs-poutres. Les dispositifs à conducteurs-poutres sont typiquement des circuits intégrés comportant plusieurs dispositifs actifs, tels que transistors ou diodes, formés dans une seule et même pièce de matière semi-conductrice. Une forme de réalisation particulièrement utile et attrayante se trouve décrite dans le brevet des E.U,A, n0 3042602520 Selon la technique connue, les confettis à conducteurs-poutres sont conditionnés avec succès comme montré à la figure 1.Un confetti 20 est lié à une structure métallisée formée sur une plaquette relativement grande 22 constituée de céramique, par exemple d'alumine ou d'oxyde de béryllium La plaque de céramique est munie de conducteurs métalliques auto-portants 24 Le confetti et une partie de la structure métallique sont alors revêtus d'une résine protectrice au silicone (non montrée). Bien qu'un tel conditionnement soit raisonnablement satisfaisant pour des confettis de circuit intégré à conducteurspoutres, le coût du conditionnement a longtemps été considéré trop élevé. Pour réduire ce coût, on a fait diverses tentatives pour adopter la technique de l'enrobage de matière plastique utilisée avec succès pour les dispositifs liés par fils. Une de ces tentatives consiste assez simplement à mouler de la matière plastique autour de grands substrats en céramique auxquels se trouvent liés les confettis comme décrit plus haut. Une telle méthode fait immédiatement apparaître deux problèmes, En premier lieu, le coût élevé du grand substrat d'alumine ou d'oxyde de bérylium constitue toujours le facteur principal du coût trop élevé du dispositif tout entier. La présence de ce composant relativement onéreux impose ainsi une limite inférieure en dessous de laquelle le prix du dispositif ne peut descendre. En second lieu, des contraintes dues à la différence de dilatation thermique de la matière plastique et de la céramique provoque le craquèlement de l'enrobage de matière plastique, Ce craquèlement se produit tellement fréquemment que ce système de conditionnement s'est avéré éminemment peu sûr. Une autre méthode connue est illustrée par les figures 2 et 3.Suivant cette méthode, les conducteurs-poutres 26 des confettis 20 sont liés directement à de petits cadres de conducteurs mttalliques 28 produits par photogravure, Ces cadres sont à leur tour liés à un cadre auto-portant plus grand 30. Les cadres 30 se présentent sous forme d'une bande. Cette méthode se prête bien à l'enrobage de matière plastique utilisé pour les dispositifs liés par fils, Elle présente cependant divers inconvénients, On a constaté que la structure des deux cadres provoque des contraintes indésirables dans les conducteurs-poutres délicats du confetti, On a constaté aussi que les cadres plus petits sont soumis à des limitations de dimensions plutôt sévères. Par exemple, les petits cadres obtenus par photogravure ne peuvent être utilisés sur des confettis ayant un écartement de centre à centre inférieur à 0,152 mm. Les cadres ayant des éléments suffisamment petits pour accepter un écartement plus petit entre conducteurs-poutres ne peuvent être produits dans la pratique. On a également constaté que les cadres produits par photogravure sont de fabrication onéreuse et par conséquent leur emploi ne permet guère de réduire dans la mesure recherchée le coût des dispositifs. De plus, il n'est guère possible de réaliser des interconnexions indépendantes entre certains des conducteurs-poutres. Les confettis de circuit intégré à conducteurs-poutres ont déjà été logés en conditionnement "double rangée" comme illustré à la figure 4. Un confetti (non représenté) est lié à la face inférieure d'une plaquette céramique 32 pourvue d'une structure métallisée (non montrée) et de conducteurs auto-portants 34. Les conducteurs et la plaquette de céramique sont liés par voie thermique ou par adhésion dans un logement en nylon préformé 36. Cette méthode, tout comme les précédentes, est trop onéreuse car elle utilise encore un grand élément en céramique. L'invention a pour objet un conditionnement perfectionné et peu coûteux pour confettis de circuit intégré Ce conditionnement comprend un support plan isolant portant une structure conductrice correspondant et liée à des parties du dispositif électrique, des conducteurs auto-portants connectés à des parties de la structure conductrice, et un élément en matière plastique moulée enrobant le support isolant et duquel émergent les extrémités libres des conducteurs auto-portants. Cet élément en matière plastique est sensiblement plus grand que le support isolant en toutes ses dimensions et il a une section transversale suffisante pour supporter les contraintes dues à la différence de dilatation entre le support isolant et lui-m#me. D'autres particularités de l'invention apparattront clairement de la description qui suit, de formes de réalisation particulières illustrées sur les dessins joints. Sur ceux-ci - les figures 1 et 2 illustrent deux formes de réalisation connues - la figure 3 est une vue agrandie de la partie encerclée sur la figure 2 - la figure 4 illustre une forme de réalisation connue du type "double rangée" utilisant un grand support en céramique - la figure 5 illustre un conditionnement selon l'invention, une partie de l'enveloppe en matière plastique étant enlevée pour montrer la structure intérieure - la figure 6 est une vue en plan d'une partie d'un cadre de conducteurs ayant un substrat isolant lié en son centre et ayant un dispositif à semi-conducteur lié au substrat - la figure 7 représente un réseau de matière isolante sur lequel sont formées des structures conductrices répétitives - la figure 8 est une vue agrandie de la partie encerclée sur la figure 7 - la figure 9 représente une des structures conductrices de la figure 8 avec un dispositif à semi-conducteur qui lui est lié - la figure 10 montre le cadre de conducteurs de la figure 6, les substrats isolants et les dispositifs à semiconducteurs étant enrobés, L'invention va être décrite dans le cas particulier du conditionnement d'un seul confetti de circuit intégré à conducteurs-poutres, étant bien entendu cependant qu'elle s'applique tout aussi bien à de nombreux types de dispositifs électriques simples ou multiples. La figure 5 représente un conditionnement selon l'invention, pour confetti de circuit intégré à conducteurspoutres 20. Ce conditionnement, noté dans son ensemble 40, est muni d'un corps en matière plastique moulé 44 et des conducteurs auto-portants 46 servant à connecter le conditionnement à une carte à circuit imprimé ou analogue, La configuration extérieure du conditionnement 40 est essentiellement conforme à la spécification "Joint Electronic Devices Engineering Council Registered Outline MO-001 AG. Les figures 6 à 10 illustrent un procédé de conditionnement de confettis de circuit intégré 20 dans le conditionnement 40 représenté à la figure 50 Comme le montrent les figures 7 et 8, un substrat isolant 48 constitué par exemple de céramique, de verre, de polyimide ou d'une substance analogue, est d'abord muni sur sa surface d'une structure conductrice répétitive.Un système de métallisation particulièrement convenable pour produire la structure conductrice sur le substrat 48 est le système titane-palladium-or. Le titane est déposé en phase vapeur sur la surface du substrat 48 jusqu'à avoir une épaisseur de 500 o 1000 A; le palladium est déposé en phase vapeur jusqu'à une épaisseur de 0,1 - 0,2 p; et l'or est déposé en phase vapeur sur la palladium jusqu'à une épaisseur de 1,4 - 2 40 Les étapes de dépôt en phase vapeur sont exécutées d'après des techniques classiques, Les couches métalliques revêtant le substrat 48 sont soumises à un processus photolithographique classique afin de produire la structure conductrice. Une série de structures d'interconnexion 50 sont produites.La figure 8 montre une vue agrandie d'une de ces structures, La forme exacte de ces structures varie d'après les types particuliers de confettis de circuit intégré ou d'autres dispositifs qui doivent être conditionnés. On remarquera que diverses parties de la structure métallique 50 ne sont point interconnectées, il est souvent souhaitable de produire des confettis de circuit intégré à conducteurs-poutres avec un nombre uniforme de conducteurs, par exemple 32 conducteurs. De nombreux circuits ne nécessitent point 32 connexions extérieures. Certaines structures métalliques pour ces circuits peuvent ainsi constituer simplement un point de liaison pour un conducteur-poutre non utilisé, de manière que celui-ci ne vienne s'écarter de sa position normale et court-circuiter d'autres conducteurs. Voir, par-exemple, les éléments 52 sur la figure 8. De plus, il est souvent souhaitable d'interconnecter certains conducteurs avec les structures métalliques, Voir par exemple les éléments 54 sur la figure 8. Toutes ces fonctions peuvent entre exécutées sur un bloc de céramique, mais elles ne peuvent être exécutées dans le conditionnement à cadres multiples connu illustré aux figures 2 et 3. Après que les structures conductrices 50 aient été produites sur le substrat 48, les confettis de circuit intégré 20 sont liés au substrat comme montré à la figure 9. Divers procédés et dispositifs utiles sont connus pour effectuer la liaison des confettis sur les structures conductrices 50. Il est particulièrement avantageux de lier les confettis 20 aux structures conductrices 50 pendant que le substrat 48 se trouve à ltétat non séparé. Les étapes de réalisation des structures conductrices 50 permettent de réaliser un écartement et un positionnement extrêmement précis des structures les unes par rapport aux autres. Le positionnement et l'écartement précis des structures 50 est très utile pour effectuer avec précision la liaison des confettis 20 aux structures con ductrices, Après qu'un ou plusieurs des confettis 20 aient été liés à chacune des structures 50, celles-ci sont séparées l'une de l'autre. La séparation peut être exécutée, par exemple, par une opération de traçage au laser, Les structures 50 séparées sont retenues sur les blocs 56 sous-jacents. Les blocs 56 qui portent un ou plusieurs des confettis 20 sont liés successivement à des positions centrales d'une réglette de cadres de conducteurs 60 comme le montre la figure 6. La liaison par thermocompression peut être utilisée. Un procédé avantageux se trouve décrit dans le brevet des Etats Unis d'Amérique n0 5.6080809 Lorsque le bloc est formé d'une céramique d'alumine ou d'oxyde de béryliumSaute qualité, le coût du cadre de conduc- teurs 60 par unité de surface est relativement faible comparé au coût du bloc 56 par unité de surface. Il devient ainsi extrêmement avantageux d'utiliser un bloc de céramique de surface aussi petite que possible dans le conditionnement 40. On a constaté qu'un cadre de conducteurs ayant une épaisseur de 0,254 mm peut être aisément réalisé avec un écartement de centre à centre des extrémités intérieures des conducteurs 46 de 0,762 mm. Avec un tel écartement, un des blocs 56 ayant des dimensions de 4,572 x 5,080 mm peut procurer 16 connexions extérieures D Les dimensions de 4,572 x 51080 mm pour le bloc de céramique ont été jugées économiquement optimales. Toutefois, même lorsqu'il n'en résulte pas un conditionnement économiquement optimum, il est possible d'utiliser des blocs de céramique ayant des dimensions latérales plus grandes. Après que les blocs de céramique 56 aient été liés au cadre de conducteurs 60, celui-ci est soumis à une opération d'enrobage de matière plastique. La matière plastique est moulée sur le cadre 60 comme montré à la figure 100 Pendant l'opération de moulage, le confetti 20 se trouve complètement recouvert et se trouve ainsi mécaniquement protégé. En plus du revêtement de la surface extérieure des confettis 20, la matière plastique coule entre chaque confetti et le bloc 56. Normalement, le confetti est déplacé par rapport au bloc 56 de 0,05 mm environ par suite de la déformation normale des conducteurs-poutres, déformation qui se produit pendant l'opération de liaison. L'écoulement de la matière plastique sous le confetti est très souhaitable dans le conditionnement 40 selon l'invention, car le confetti se trouve alors complètement enrobé de matière plastique et il se trouve de cette façon très bien protégé de l'environnement. De plus, la matière plastique forme un couplage thermique souhaitable entre le confetti 20 et le bloc de céramique 56. Cet agencement assure une bonne dissipation thermique. La dissipation de chaleur est particulièrement bonne lorsque le bloc 56 est en céramique et lorsque les trajets entre les conducteurs-poutres des confettis et le cadre de conducteurs ont moins de 0,762 mm. Après que les blocs 44 de matière plastique aient été moulés sur les cadres 60, ceux-ci sont soumis à des opérations d'ébarbage et de flexion au cours desquelles les barres de retenue 64 sont sectionnées, et les extrémités libres des conducteurs 46 sont pliées comme montré à la figure 5. Il est important de rendre les dimensions des blocs 56 sensiblement plus petites que celles des corps de matière plastique moulés 44 lorsque ces blocs et ces corps sont formés de matières ayant des coefficients de dilatation thermique très différents. Par exemple, si le bloc 56 est constitué de céramique d'alumine de haute qualité ayant un coefficient de dilatation thermique de 3 à 6 mm/mm- C x 10 6 et si le corps 44 est constitué d'un silicone tel que celui qui est vendu par la firme américaine Dow Corning Co. (Midland, Michigan) sous l'appellation DC 307", qui a un coefficient de dilatation thermique de 20 à 30 mm/mm- C x 10 6, il se manifeste des contraintes très sensibles pendant le moulage de la matière plastique au silicone ou pendant le cycle de température du dispositif électrique conditionné. La surface de la section transversale de la matière plastique enrobant le bloc de céramique 56 doit être suffisante pour supporter ces contraintes sans permettre au corps de matière plastique 44 de se craqueler. La matière plastique choisie doit avantageusement être sélectionnée en raison de son élasticité et d'autres exigences bien connues dans le domaine de l'art pour l'enro- bage par de la matière plastique. Afin de réaliser la surface de section transversale souhaitable de la matière plastique, les dimensions du corps de matière plastique 44 doivent dépasser les dimensions du bloc de céramique 56 de 30 à 40 O#* Pour un corps de matière plastique ayant des dimensions nominales de 6,35 mm de diamètre x 20,57 mm, le bloc de céramique 56 ne doit donc pas avoir de dimensions supérieures à 4,83 x 15,75 mm Même si la chose est plus souhaitable, les dimensions du bloc doivent être limitées à 4,572 x 15,24 mm. REVENDICATIONS 1. Conditionnement pour dispositif électrique, comcomprenant un support plan isolant sur lequel est formée une structure conductrice correspondant avec et liée à des parties voulues du dispositif électrique, des conducteurs autoportants connectés au moins à des parties de la structure conductrice, et un élément en matière plastique moulé enrobant le support isolant et dont émergent les extrémités libres des conducteurs auto-portants, caractérisé en ce que l'élément en matière plastique (44) est sensiblement plus grand que le support isolant (56) en toutes ses dimensions et a une surface de section transversale suffisante pour supporter les contraintes dues à la différence de dilatation entre le support isolant et l'élément en matière plastique. 2. Conditionnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément en matière plastique qui enrobe le support isolant laisse émerger les extrémités libres de conducteurs (46), et a des dimensions supérieures d'au moins 30 % à celles du support. 3. Conditionnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément en matière plastique a des dimensions d'au moins 40 96 supérieures à celles du support, 4. Conditionnement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le support est un substrat en céramique, 5. Conditionnement selon la revendication 4, caractérisé en ce que le substrat en céramique a une surface inférieure à celle d'un carré d'environ 5 mm de côté. 6. Conditionnement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un ou plusieurs confettis à semi-conducteur à conducteurs-poutres. 7. Conditionnement selon la revendication 6, caractérisé en ce que le confetti à semi-conducteur est soulevé au-dessus de la surface du substrat en céramique d'une distance suffisante pour permettre l'admission de la matière plastique d'enrobage entre le confetti et le substrat, de manière à protéger le confetti et à favoriser la dissipation thermique. 8. Conditionnement selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les conducteurs autoportants sont à moins d'environ 0,762 mm de leurs conducteurspoutres respectifs, de manière à favoriser la dissipation thermique du confetti à semi-conducteur. 9. Procédé de conditionnement d'un dispositif électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par la liaison d'un nombre prédéterminé de dispositifs à une structure conductrice appartenant à une série de structures conductrices répétitives formées sur une feuille isolante; la séparation de la feuille isolante en plusieurs blocs, chaque bloc portant une des structures répétitives et le nombre prédéterminé de dispositifs; la liaison de chacun des blocs séparés au centre d'un cadre de conducteurs auto-portants appartenant à une série de cadres de conducteurs connectés entre eux; le moulage d'une matière plastique sur chacun des blocs liés et des dispositifs attachés; et la séparation des conducteurs associés à des blocs individuels afin de produire des dispositifs conditionnés avec des conducteurs isolés électriquement,