Brevet FR2464560A1 — publié le 19810306

L'invention se rapporte de manière générale aux boîtiers moulés à deux rangées de broches et aux procédés de fabrication de ces boîtiers et plus particulièrement à des boîtiers de ce type et à des procédés de fabrication de boîtiers dans lesquels des pastilles à semi-conducteurS ou à circuit intégré sont montées et avec lesquelles les connexions sont effectuées par fils. Les dispositifs à semi-conducteurs ont été réalisés et enveloppés dans le passé par connexion électrique de chaque pastille contenant un dispositif à semi-conducteursà un substrat sur lequel se trouvait un circuit imprimé ou un réseau de pistesconductrices.A l'origine, les modes de réa- lisation de ces ensembles comprenaient en général des élé- ments passifs (c'est-à-dire des résistances, condensateurs, etc.) qui étaient placés sur le substrat et ils étaient connus sous la dénomination de circuits hybrides en raison de la combinaison sur un unique substrat d'un semi-conduc- teur avec des éléments de type non semi-conducteur. En général, le substrat qui était utilisé pour réaliser l'en- semble était formé d'un isolant, par exemple de céramique ou de verre. La pastille semi-conductrice était montée soit avec la face tournée vers le bas ("pastille à protubérances") soit avec laface tournéevers lehaut. Dans le type demontage à face tournée vers le haut, des broches conductrices de l'é- lectricité étaient connectées, par exemple par des liaisons à fil, à des conducteurs particuliers du réseau de pistes placé sur le substrat. Dans le type de montage à pastille à protubérances, la pastille du semi-conducteur était con- nectée électriquement et mécaniquement, par exemple au moyen de protubérances de brasures, à des régions brasées et qui étaient connectées électriquement aux conducteurs placés sur le substrat. Avec le développement de la technologie des semi- conducteurs, des bottiers à réglettes à broches ont été créés et utilisés en éléments d'enveloppement des pastilles à circuit intégré àser induzLeurs.Ces boîtiers à deux rangées de broches constituaient des éléments d'enveloppement idéaux pour les pastilles à circuit intégré, car ils pouc- vaients être fabriqués en grande série à prix de revient relativement inférieur aux types antérieurs de boîtiers. Pour achever l'enveloppement, la matière plastique était déposée par moulage autour de parties des réglettes de b.ro- ches et de la pastille à circuit intégré de manière à enro- ber cette dernière. Bien que les bottiers moulés à deux rangées de bro- ches sur réglettes ne soient pas hermétiques, ils offrent certains avantages importants. En premier lieu, ils peuvent se fabriquer à très bas prix de revient et peuvent être introduits dans une machine de montage. En second lieu, leurs broches sont accessibles par le haut, ce qui facilite les essais et contrôles de certaines fonctions. En cons-é- quence, les boîtiers moulés à deux rangées de broches sur réglettes se sont largement répandus sur le marché. Malheureusement, certains boîtiers moulés-de l'art antérieur à réglettes à broches ont certains inconvénients graves. Certairs paramètres électroniques du circuit inté- gré subissent des décalages pendant le. moulage en raison de la pression et d'autres réactions avec la résine époxy de moulage. Certaines pertes de rendement de pastilles sensi- bles ou complexes sont probablement dues à des coulées de résine époxy de moulage et à 4es contacts établis avec les pastilles et les fils de liaison. Le rendement du circuit intégré s'affaiblît et des détériorations des fils de liaison sont possibles-en raison des températures relative- ment élevées de moulage (300 à 400'C) auxquelles les cir- cuits intégrés sont exposés. Par ailleurs, le rendement de nombreuses pastilles placées dans ces boîtiers tend à baisser ou même ces pastilles peuvent devenir totalement défaillantes au bout d'un certain temps. Les broches étant toutes raccourcies ensemble sur les réglettes avant achèvement du moulage, il n'est Pas possible de faire des essais sur le composant placé dans son.boîtier jusqu'au moment auquel le moulage est achevé. Cependant, lorsque le moulage est terminé et que les broches des réglettes sont coupées pour l'achèvement du boîtier à deux rangées de broches prêt aux essais, il est virtuel- lement impossible de faire quoi que ce soit d'autre sur la pastille placée à l'intérieur de l'enrobage moulé de matière plastique. Par exemple, une pastille extrêmement conteuse, dont une seule broche est cassée, ne peut pas être réparée sans un travail laborieux de découpage soigneux pour l'ou- verture de l'enrobage. Ce découpage de l'enrobage pour per- mettre l'accès à la pastille devant être réparée n'est pour le moins pas très facile à faire, en particulier compte tenu du risque de détériorer davantage encore la pastille. De plus, les circuits intégrés montés sur des ré- glettes de broches à découvertdoivent être manipulés par le personnel qui effectue le moulage et qui risque de dé- tériorer la pastille, les connexions ou le boîtier pendant cette manipulation. Il faut un temps considérable et des soins particuliers pour charger les moules et il faut du personnel ayant une grande habileté. Il faut donc prévoir des pertes de rendement dues aux manipulations. De plus, lorsque les composants à circuit intégré mis en boîtiers et achevés sont exposés à de grandes plages de température, l'incompatibilité des matériaux et les différentes de dila- tation thermique entre la résine époxy en contact avec la pastille à circuit intégré à semi-conducteur et les fils de liaison peuvent créer d'autres problèmes encore de fiabi- lité et provoquer des défaillances. Ces problèmes soulevés par les boîtiers à deux rangées de broches appellent donc une solution. L'invention a donc pour objet un boîtier perfection- né à deux rangées de broches qui élimine les inconvénients énumérés plus haut et un procédé de fabrication de ce boî- tier perfectionné. La pastille du circuit intégré à semi- conducteur peut être connectée par fil dans ce boîtier et le circuit peut subir les essais à la fin d'une opération de moulage de matière plastique. Le boîtier de l'invention et son procédé de fabrication permettent d'améliorer le rendement et la fiabilité; ce boîtier peut se fabriquer à prix de revient relativement bas et il permet de plus de loger deux pastilles indépendantes ou davantage à circuit intégré. De plus, le boîtier de l'invention peut loger un circuit hybride à pellicule épaisse. Selon une particularité essentielle du boîtier à deux rangées de broches destiné à loger au moins un circuit formé d'au moins une pastille à semiconducteur, -ce boîtier comprend une enveloppe isolante moulée à deux surfaces principales dans l'une desquelles est réalisée au moins une cavité; il comprend une série de broches extérieures, conductrices de l'électricité et une autre série de broches intérieures qui sont reliées aux précédentes et accessibles de l'intérieur de ladite cavité et au moins un circuit est monté sur un support placé à l'intérieur de l'enveloppe et formant une surface inférieure de la cavité, ledit circuit étant connecté à ladite série de broches internes et un couvercle fermant ladite cavité de manière étanche de façon à protéger le circuit. Le procédé de production du boîtier moulé à deux rangées de broches conforme à l'invention consiste essen- tiellement à réaliser ce boîtier avec au moins une cavité placée dans une partie de sa surface, à disposer dans cette cavité un circuit qui est ensuite connecté électriquement au boîtier et à obturer hermétiquement la cavité afin de protéger le circuit qui s'y trouve. L'invention va être décrite plus en détail en re- gard du dessin annexé qui représente plusieurs modes de réalisation à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lequel: - les figures lA et 1B sont une vue en plan et une vue en bout du boîtier moulé à deux rangées de broches (sans la pastille à semi-conducteur ou à circuit intégré) conforme à l'invention; - la figure 2 est une coupe transversale du boî- tier selon la ligne 2-2 de la figure 1A, mais avec une pas- tille à semi-conducteur ou à circuit intégré; - la figure 3 est une coupe semblable à celle de la figure 2 et représente une variante de réalisation de l'invention, dans laquelle le boîtier comprend une cavité de chaque côté; - la figure 4 est une coupe analogue à celle de la figure 3 et représente un boîtier comportant une cavité de chaque côté, la cavité du fond étant remplie de résine époxy - la figure 5 est une coupe analogue à celle de la figure 3 et représente un boîtier comportant une cavité de chaque côté, la cavité du fond étant remplie d'un subs- trat et de résine époxy; et - la figure 6 est une coupe analogue à celle de la figure 3 et illustre une autre variante de réalisation dans laquelle le boîtier comprend une cavité de chaque côté et la cavité du fond est pratiquement remplie d'un substrat. Les figures lA et 1B représentent un boîtier moulé à deux rangées de broches selon l'invention. Ce boîtier est formé d'une enveloppe 2.munie de broches extérieures 4 con- ductrices de l'électricité et de broches intérieures telles qu'indiquées en 6 (figure lA) et comportant une ouverture ou cavité 8 ménagée à l'intérieur du moulage de matière plastique ainsi qu'un support formé d'une plaque de métal ou plaquette 10 à réglettes à broches. Le boîtier 2 est formé d'un moulage initial dans lequel est réalisée l'ou- verture ou cavité 8, par exemple à l'aide d'un noyau conve- nable placé dans le moule utilisé pour réaliser ce boîtier. La cavité 8 est réalisée de préférence de manière qu'elle soit plus grande que la plaque de support 10 afin de laisser les broches 6 à découvert. Les broches peuvent éventuellement être sectionnées et mises en forme de manière à réaliser un boîtier à cavité de type à chambre. La figure 2 représente une pastille 12 à semi- conducteur ou à circuit intégré qui est placée sur la pla- que 10 à laquelle elle est scellée et dont les connexions aux broches 6 sont effectuées à l'aide de fils tels qu'indi- qués en 14. Après scellement et connexion par fils du cir- cuit intégré, celui-ci peut subir les essais et être réglé. Lorsque des dégâts sont causés par des cassures de fils, par exemple, il est possible de ' réparer, car la cavité 8 donne accès à la pastille 12. Un couvercle 16 peut être fixé à l'aide de résine époxy pour fermer hermétiquement le boîtier. Ainsi, les problèmes de déréglages que posent les circuits moulés lorsque de la matière plastique entre en contact avec la pastille sont éliminés. Le couvercle amovi- ble 16 peut être en acier inoxydable comportant un revête- ment de résine époxy et peut être réalisé par découpage de feuillardsd'acier inoxydablerevêtus de résine époxy de type B. Le prix de ces couvercles est ainsi très faible. Il peut être nécessaire pour certaines applications de réaliser le boîtier par moulage avec une cavité de cha- que côté réaliséepar exemple à l'aide de deux noyaux placés dans le moule utilisé pour réaliser le bottier à deux ran- gées de broches. La figure 3, qui montre un bottier de ce type, représente une cavité supplémentaire 18. La cavité 18 du fond (qui est de préférence réalisée simultanément avec la première cavité 8) peut aussi être fermée hermétiquement à l'aide d'un couvercle 20 revêtu de résine époxy, comme la première cavité ou cavité supérieure 8. Les couvercles d'acier 16 et 20 placés des deux côtés de la cavité forment des écrans électromagnétiques et électrostatiques. En va- riante de réalisation, la cavité du fond peut être remplie de résine époxy liquide 26 de la manière représentée sur la figure 4. La résine époxy liquide 26 est de préférence de type à grande conductibilité thermique. La résine époxy 26 peut éventuellement contenir des petites particules d'oxyde debéry2lium (BeO) destinées à lui conférer sa grande conductibilité thermique. La cavité inférieure du boîtier de la figure 3 peut être utilisée pour loger une pastille 22 à semi-conducteur ou à circuit intégré qui peut être connectée par fils aux broches intérieures 6, de la manière représentée en 24. Ce module à deux pastilles a une densité considérablement accrue qui est en particulier importante dans le cas des modules à pastille à mémoire. Le bottier comportant des cavités des deux côtés permet d'autres variantes de réalisation extrêmement judi- cieuses. La plaque 10 des figures 1A, 2, 3 et 4 peut être supprimée dans le mode de réalisation représenté sur la figure 5. Un substrat isolant (par exemple de verre ou de préférence de céramique) tel que représenté en 28 peut être introduit dans la cavité inférieure et encastré à sa place par remplissage de la cavité inférieure à l'aide de résine époxy liquide telle que représentée en 30. La face supérieure du substrat de céramique 28 peut supporter un circuit en pelli- cule épaisse comprenant des composants passifs de manière à réaliser un circuit hybride. Finalement, comme le montre la figure 6, un substrat de céramique à forte conductibilité thermique, par exemple en oxyde debéryllium ou d'aluminium ou en aluminium revêtu d'alumine est encastré à l'aide de résine époxy. Le subs- trat de céramique parvient de préférence jusqu'à la surface inférieure du bottier de manière à constituer une voie directe vers l'extérieur pour la chaleur évacuée à l'envi- ronnement, cette disposition permettant de réaliser un module de puissance. Il va de soi que l'invention n'a été décrite qu'à titre d'exemple et que diverses modifications peuvent lui être apportées sans sortir de son domaine. R E V E N D I C A T I O N S 1. Boîtier moulé à deux rangées de broches, formé d'une enveloppe (2) logeant au moins un circuit formé d'au moins une pastille (12) à semiconducteurs,éventuellement à à circuit intégré, en particulier une pastille à circuit intégré à mémoire, ladite enveloppe comprenant deux surfaces principales et étant caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une cavité (8) réalisée dans l'une des surfaces princi- pales et elle est équipée d'une série de broches extérieures (4) conductrices de l'électricité et d'une autre série de broches intérieures (6) reliées aux broches précédentes et accessibles par ladite cavité (8), un support (10) logé dans ladite enveloppe formant une surface inférieure de ladite cavité, surface sur laquelle au moins un circuit (12) est monté, ce circuit étant connecté électriquement auxdites broches intérieures (6) etun couvercle (16) fermant hermétiquement ladite cavité de manière à protéger-ledit circuit. 2. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit couvercle est une plaque de métal, en par- ticulier d'acier inoxydable, qui est reliée au bottier sur la surface de ladite cavité à distance dudit circuit, au moins une partie de cette plaque d'acier inoxydable étant de préférence revêtue de résine époxy permettant de la relier au boîtier. 3. Boîtier selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit support (10) consiste en un élément de métal. 4. Boîtier selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que ladite pastille à semi- conducteurs ou à circuit intégré est connectée par des fils (14) auxdites broches intérieures. 5. Boîtier selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que ledit boîtier comprend une seconde cavité (18) réalisée dans l'autre surface principale et fermée hermétiquement au moyen d'un autre couvercle (20) formé aussi de préférence d'une plaque de métal, notamment d'acier inoxydablequi peut avantageu- sement être reliée au boîtier de manière à fermer la cavité en étant placée à distance dudit second circuit, au moins une partie de cette plaque étant aussi de préférence revêtue de résine époxy permettant sa liaison audit boîtier. 6. Boîtier selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit support (10) forme une surface inférieure de cette seconde cavité et un second circuit (22) formé d'au moins une pastille à semi-conducteur, notamment à circuit intégré pouvant avantageusement être à mémoire, est monté sur ce support, ce dernier étant constitué de préférence de la plaque de métal qui supporte le premier circuit placé sur la première surface principale à l'intérieur de la pre- mière cavité mentionnée, ledit second circuit étant de l'autre côté à l'intérieur de ladite seconde cavité. 7. Boîtier selon la revendication 5, caractérisé en ce que le couvercle fermant la seconde cavité consiste en une région formée d'un remplissage de résine époxy (26) qui obture ladite seconde cavité et qui est de préférence de type à conductibilité thermique élevée. 8. Boîtier selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit support consiste en un substrat (28) placé dans ladite seconde cavité (18), le couvercle de la seconde cavité pouvant alors avantageusement consister en une couche de résine époxy (30) qui est en contact avec ce substrat et qui le supporte. 9. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite enveloppe comprend une seconde cavité réalisée dans l'autre surface principale et pratiquement remplie d'un substrat (32) qui forme ledit support et qui peut avantageu- sement atteindre ladite autre surface principale de manière à former une voie directe d'évacuation de la chaleur à l'extérieur, ce substrat étant de préférence de type à con- ductibilité thermique élevée, par exemple en oxyde de béryl- lium ouen alumine ou encore en aluminium revêtu d'alumine, ledit substrat constituant par exemple un circuit hybride et supportant des composants passifs. 10. Procédé de réalisation d'un boîtier moulé à deux rangées de broches selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à réaliser le boîtier moulé de manière qu'il comporte au moins une cavité située sur une surface principale, à placer un circuit, par exemple une pastille à circuit intégré, dans ladite cavité et à le connecter audit boîtier et à fermer ladite cavité afin de protéger le circuit qui y est logé, cette cavité étant de préférence plus grande que le circuit devant y être logé. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser ce boîtier de manière qu'il comprenne une seconde cavité située dans une autre surface, les deux cavités étant de préférence formées simultanément, et à placer un second circuit tel qu'une pastille à circuit intégré, notamment à mémoire, à l'intérieur de ladite seconde cavité et à le relier électriquement aux broches intérieures du boîtier. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il consiste à placer un substrat à l'intérieur de ladite seconde cavité ou à remplir au moins une partie de cette seconde cavité à l'aide d'un isolant.