Brevet FR2489043A1 — publié le 19820226

La présente invention concerne une embase de boitier d'encapsulation pour les dispositifs semi-conducteurs, et plus précisément les métallisations localisées, déposées sur l'embase, sur laquelle sont fixées la ou les pastilles de semi-conducteurs. L'invention concerne également le procédé de report des pastilles de semi-conducteurs sur l'embase de boitier. L'invention est applicable à tous les dispositifs semi-conducteurs, de signal ou de puissance, en raison de la simplification qu'elle apporte aux opérations de montage en boitiers, mais elle est plus particulièrement intéressante dans le cas des dispositifs semi-conducteurs à haute fréquence. On sait en effet qu'en très haute fréquence, les longueurs de liaisons entre les composants ont une influence sur les caractéristiques des dispositifs, telle que la bande passante, et que par conséquent, il importe que les composants comme les pastilles de semi-conducteurs ou les condensateurs de liaison, soient parfaitement positionnés. L'invention facilite le positionnement des composants à l'intérieur du boitier et donc contribue à la régularité et à l'optimisation des longueurs de liaisons. En outre, et surtout dans le cas des composants de puissance, il est fréquent de rapporter la pastille sur l'embase au moyen d'une préforme de brasure, c'est à dire au moyen d'une pièce intermédiaire qui a elle même la forme du composant à braser. Cette opération ne présente aucune difficulté dans les cas classiques des transistors ou de façon plus générale des composants fonctionnant à de basses fréquences; elle est plus délicate lorsqu'une pastille doit être brasée avec une position précise, et elle devient très aléatoire lorsque plusieurs pastilles et par conséquent plusieurs préformes, doivent être brasées simultanément sur une même embase pour réaliser un composant de puissance dont toutes les pastilles sont parfaitement positionnées.L'invention, par ce second aspect, permet de braser facilement plusieurs composants de façon précise sur une même embase et par une même opération sans préforme de brasure. Ainsi l'invention remplace la dorure électrolytique classique de la totalité de l'embase d'un boitier et la préforme de brasure par une métallisation localisée à base d'or ou d'alliage d'or, déposée en couche épaisse par sérigraphie, de façon très précise aux endroits où doivent être brasés les composants sur l'embase du boitier: la brasure des pastilles se fait ensuite directement sur la métallisation épaisse qui remplace les préformes. De façon plus précise, l'invention concerne une embase de boitier d'encapsulation pour dispositif semi-conducteur, comportant au moins une plage métallisée sur laquelle doit être rapportée dans une position précise et par brasure au moins une pastille de composant, cette embase étant caractérisée en ce que la brasure du composant est assurée par dépôt sur la plage métallisée, par sérigraphie, d'une pâte d'or, dépôt localisé et limité au contour de la pastille de composant. L'invention sera mieux comprise par l'explication d'un exemple de réalisation qui suit, laquelle s'appuie sur les figures qui représentent: Figure 1 une vue dans l'espace et en éclaté d'une embase de boitier d'encapsulation sur laquelle doivent être brasés plusieurs composants. Figure 2 une vue en plan de l'embase précédente montrant les métallisations localisées selon l'invention. L'invention est applicable à de nombreux types de boitiers d'encapsulation, simples ou complexes, ne comportant qu'un seul composant par boitier ou une pluralité de composants fixés sur une même embase, les pastilles étant brasées directement sur l'embase ou isolées par l'intermédiaire d'un "pavé" d'un matériau tel que l'oxyde de bérylium ou l'alumine. Cependant l'invention trouve son principal intérêt dans les cas complexes et c'est pourquoi l'invention sera décrite en s'appuyant sur l'exemple non limitatif d'un dispositif à haute fréquence comportant une pluralité de pastilles fixées sur une même embase. C'est ce que représente la figure 1 qui montre comment quatre pastilles sont fixées sur une embase selon l'art connu. De façon à faciliter la lecture de la figure 1 celle-ci a été éclatée dans l'espace et elle représente une embase de boitier 1, sur laquelle est brasé un pavé isolant d'oxyde de bérylium ou d'alumine, pavé qui lui même a reçu des métallisations 3, 4, 3 et 6. Ces métallisations servent à fixer les pastilles de semi-conducteurs ou de composants d'accords tel que des condensateurs; elles servent également à fixer la grille de connection extérieure qui n'est pas représentée sur cette figure, et enfin à recevoir les extrémités des fils de connexions intérieures qui sont brasés d'une part sur les pastilles de semi-conducteurs et d'autre part sur l'une des métallisations en contact avec les connexions extérieures.Pour fixer les idées, et sans que ceci ne soit limitatif, la métallisation 3 est une métallisation qui reçoit les connexions de base, les métallisations 4 et 5 reçoivent les connexions d'émetteur, et la ou les pastilles sont brasées sur la métallisation 6 qui est donc en contact avec les collecteurs. Comme il a été dit, une ou plusieurs pastilles peuvent être brasées: sur la figure 1 sont représentées quatre pastilles 7 qui sont brasées sur la métallisation 6 au moyen de quatre préformes de brasure 8. Sur la métallisation 6 sont représentés en pointillés les emplacements sur lesquels les pastilles sont brasées. La brasure de plusieurs pastilles de semi-conducteurs dans une position précise et repérée d'avance, au moyen de plusieurs préformes de brasure, pose une difficulté de réalisation pratique: la moindre vibration de l'appa reil ou de l'opérateur qui doit braser simultanément les quatre empilements pastilles sur préformes amène un taux de déchet relativement important parce qu'il y a fréquemment une pastille au moins qui n'est pas brasée dans une bonne position. En outre les métallisations sont classiquement réalisées par dépôts de molybdène/manganèse sur le pavé isolant 2, ce dépôt étant ensuite nickelé et doré sur la totalité des quatre métallisations représentées, l'épaisseur d'or étant comprise entre deux et demi et cinq microns. La dorure totale d'une embase, non seulement ne donne pas la position précise à laquelle doivent être brasées les pastilles mais en outre présente un aspect qui n'est pas industriel puisque sont dorées même les parties de métallisations sur lesquelles sont ensuite rapportées les grilles de connexions extérieures, et la dorure à ces endroits là est inutile. L'invention apporte une solution logique au double problème de la dorure des métallisations aux seuls endroits où cela est nécessaire, et à la position parfaitement repérée des préformes de brasure : celles-ci sont remplacées par des métallisations localisées déposées par sérigraphie ou par tout autre procédé comparable. La figure 2 illustre l'invention et pour faciliter la comparaison avec l'art antérieur de la figure 1, la même configuration des métallisations a été reprise. La figure 2 représente la face supérieure d'une embase, limitée par les bords du pavé isolant 2, qui a reçu les métallisations 3, 4, 5 et 6, réalisées par dépôt de molybdène/manganèse puis dépôt de nickel. L'opération de dorure généralisée sur cinq microns d'épaisseur environ par un procédé électrolytique, est remplacée par une opération de dorure localisée par sérigraphie, aux seuls endroits repérés 9 ou doivent être brasées la ou les pastilles. Le dépôt d'or ou d'alliage d'or sur les surfaces 9 crée une épaisseur de l'ordre de 20 microns, épaisseur supérieure à l'épaisseur d'or dans le cas de la dorure électrolytique généralisée, mais il en résulte néanmoins une économie d'or par rapport au procédé antérieur.En outre étant donné que la sérigraphie est un procédé qui permet un repèrage extrêmement précis, ce dépôt d'or épais sur les surfaces 9 est lui-même très précis et facilite la brasure des pastilles qui, même si elles sont présentées dans une position légèrement différente de la position recherchée, prennent automatiquement leur place par suite des forces capillaires entre l'or fondu et la face inférieure de la pastille. Le dépôt d'or par sérigraphie est un procédé industriel, il se situe après le frittage à 15000 de la métallisation molybdène/manganèse déposée sur le pavé isolant selon un dessin précis. La métallisation est ensuite recouverte de nickel chimique et non pas électrolytique comme dans les procédés précédents. La pâte sérigraphique d'or est étuvée à une température voisine de 100 à 1200 pour faciliter le séchage et l'évaporation des solvants, et la cuisson définitive de la pâte à base d'or est effectuée à une température comprise entre 800 et 850 #, pendant dix à trente minutes, en même temps que l'assemblage du boitier par brasure. Il en ressort que le procédé de report des composants selon l'invention est extrêmement facile à mettre en oeuvre du point de vue industriel et présente l'avantage d'un positionnement précis puisque à partir d'une embase sur laquelle les métallisations molybdène/manganèse puis nickel ont été réalisées, il suffit de déposer une couche d'or épaisse par sérigraphie puis déposer sur ces emplacements la ou les pastilles à braser et réaliser une brasure par passage au four. La pâte sérigraphique n'est pas obligatoirement à base d'or pur : il est facile d'utiliser, selon ce que l'on désire assembler et selon les caractéristiques demandées au dispositif, des pâtes or/étain, or/germanium, or/silicium ou plomb/étain, plomb/argent/indium, par exemple, sans que ceci soit limitatif. De façon générale conviennent toutes les pâtes connues sous la dénomination de brasures tendres, à point de fusion inférieur à 650 C, et qui contiennent, outre les solvants, un ou plusieurs alliages de métaux. L'invention, outre l'avantage de positionner très précisement plusieurs semi-conducteurs sur une même embase dans un même boitier en les plaçant sur les plages d'or sérigraphiées, présente plusieurs avantages. Elle évite l'utilisation de préformes de brasure du fait de l'épaisseur d'or déposée localement, de l'ordre de 10 à 20 microns. Elle supprime les coulées de brasure lors du report et par conséquent elle facilite les inter-connexions ultérieures, la soudure ultra-sons de fils d'or directement sur le nickel de métallisation ne posant pas de problèmes industriels. Elle permet en outre de maitriser la qualité de la brasure du semiconducteur sur l'embase en réglant l'épaisseur de la pâe déposée par sérigraphie. Elle évite certains phénomènes annexes de report tels que des mauvais contacts ohmiques sur la partie postérieure des pastilles puisqu'il est possible de doper la pâte à base d'or avec des impuretés telles que l'antimoine, l'arsenic ou d'autres. Elle permet l'utilisation de semi-conducteurs ayant subi un traitement de la face postérieure très simple puisqu'il suffit d'une couche ultra-mince d'or déposée par évaporation. Elle augmente la fiabilité des boitiers en évitant les dépôts électrolytiques qui s'accompagnent toujours d'impuretés gazeuses voir même liquides, lesquelles désorbent lors des chauffages ultérieurs en donnant naissance à des piqûres et quelquefois à des boursouflures. Elle améliore la résistance thermique du dispositif par une meilleure maîtrise de la brasure des pastilles. REVENDICATIONS 1. Embase de boitier d'encapsulation pour dispositif semi-conducteur, comportant au moins une plage métallisée (6) sur laquelle doit être rapportée dans une position précise et par brasure au moins une pastille de composant, cette embase étant caractérisée en ce que la brasure du composant est assurée par dépôt sur la plage métallisée (6), par sérigraphie, d'une pâte de brasure métallique, dépôt localisé et limité au contour (9) de la pastille de composant. 2. Embase de boitier d'encapsulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dépôt sérigraphique a une épaisseur comprise entre 10 et 20 microns. 3. Embase de boitier d'encapsulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pâte sérigraphique est une pâte à base d'or pur. 4. Embase de boitier d'encapsulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pâte sérigraphique est une pâte d'un alliage d'or, parmi: or-étain, or-germanium, or-silicium. 5. Embase de boitier d'encapsulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pâte sérigraphique est une pâte de brasure tendre, d'alliage choisi parmi plomb-étain, plomb-étain-indium, à point de fusion inférieur à 4500.C. 6. Embase de boitier d'encapsulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pâte à base d'or est dopée par des impuretés en vue d'améliorer le contact ohmique avec la pastille de composant. 7. Procédé de report d'un composant sur une embase de boitier d'encapsulation selon l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes: - dépôt sur l'embase d'au moins une métallisation molybdène/manganèse, et frittage à 15000C - dépôt sur la précédente métallisation d'une couche de nickel par voie chimique dépôt d'une brasure localisée, en couche épaisse (10 à 20 microns) par sérigraphie d'une pâte de brasure à bas point de fusion - étuvage entre 100 et 1200C - dépôt, sur la brasure localisée, d'au moins une pastille de composant dont la face à braser- a précédemment reçu une couche d'or de 1 à 2 microns - brasure du composant sur l'embase, et cuisson simultanée de la couche sérigraphiée, par passage au four.