Brevet FR2486307A1 — publié le 19820108

La Drésente invention concerne un bottier pour dispositifs semi-conducteurs. Il existe, dans l'industrie de l'électronique, le besoin d'un bottier de semi-conducteurs de faible coût, capable de supporter de grands rendements d'assemblage. En particulier, il existe un besoin de bottier peu coûteux, satisfaisant aux exigences d'un équipement de liaison de fils métalliques automatique. Les bottiers de semi-conducteurs de la techni- que antérieure, tels que les bottiers stratifiés à souda- ge latéral ou les bottiers à base en matériau céramique classiques, ne répondent pas à ces besoins. Les bottiers stratifiés à soudage latéral peuvent satisfaire aux exi- gences de la liaison automatique de fils métalliques mais sont relativement coûteux à produire. Inversement, les bottiers classiques à base en matériau céramique sont Deu coûteux à produire mais, en revanche, ils ne peuvent satisfaire aux exigences de la liaison automatique de fils métalliques. Les bottiers stratifiés à soudage latéral utili- sent une structure de base comprenant plusieurs couches de matériau céramique. Généralement, les deux ou trois cou- ches formant le dessus de la base présentent une ouverture Dratinuée centralement dont la dimension décrott à partir de la couche supérieure. Une cavité interne en gradins est ainsi formée dans le dessus de la base stratifiée. Cette cavité sert de réceptacle pour la pastille de se- mi-conducteur et fournit également des bornes pour le moyen de liaison, Le moyen de liaison, tel que du fil d'or, connecte la nastille à un cadre à conducteurs, généralement soudé au côt4 de la base. Comme décrit précédemment, un inconvénient ma- jeur des bottiers stratifiés est leur coût élevé. En ou- tre, la forme en gradins de la cavité recevant la pastille gêne la vue de l'opérateur de l'outil pendant qu'il procède à la liaison des fils. Cela ralentit considérablement les opérations de production, en particulier pour des dispositifs, qui utilisent des conducteurs groupés avec une grande densité, dans lesquels les bornes de liaison sont très rapprochées les unes des autres. Les bottiers classiques en matériau céramique utilisent une base en matériau céramique comprimé à la- quelle est fixé un cadre à conducteurs Dréformé compre- nant des doigts de liaison découpés, (par exemple à l'emporte-pièce). Tout en offrant certains avantages dans quelques applications, ce type de bottier présente, par contre, un certain nombre d'inconvénients. Un de ces inconvénients réside en ce que le cadre à conducteurs découpé exige un outillage coûteux. Un second inconvé- nient réside en ce que le manque de contrôle de la pro- cédure de découpage exige l'utilisation d'une cavité à pastille relativement grande. Un autre inconvénient réside en ce que la planéité et la position des doigts de liaison découpés se modifient au cours de la fixation de la pastille en raison du fait que les températures de réchauffage nécessaires pendant cette fixation provo- quent un flottement du cadre à conducteurs dans chacune des directions X, Y, Q et Z. En outre, les doigts de liaison découpés n'assurent pas la précision de position nécessaire pour la liaison automatique des fils. L'invention élimine les inconvénients ci- dessus mentionnés en créant un bottier de semi-conduc- teurs de faible coût, qui peut être conçu de manière à satisfaire aux exigences de la liaison automatique de fils métalliques0 Dans un mode de réalisation particulier, le bottier utilise une base en matériau céramique comprimé, comprenant une région de plage de soudage formée près de sa périnhérie. Un cadre à conducteurs comportant une pluralité de conducteurs est soudé à la base et se termi- ne dans la région de plage de soudage. Une géométrie de métallisation est formée sur la base pour connecter les conducteurs à la pastille par l'intermédiaire de moyens de liaison tels que des fils. Dans un mode de réalisation préféré, la géométrie de métallisation est imprimée par sérigraphie sur la base, de telle sorte nue les critères exigés pour la liaison automatique des fils soient réalisés. La conception de bottier suivant l'invention s'applique aussi bien à des bottiers "dual-in-line"l (à deux rangées de pattes) qu'à d'autres formes de bot- tier telles que les "flatpacksi (bottiers plats) et les supports de microplaquettes. Pour les supports de microplaquette sans con- ducteurs, la structure de bottier comprend simplement une base en matériau céramique comprimé sur laquelle est formée une géométrie de métallisation imprimée par séri- graphie. La géométrie de métallisation est connectée à une pastille montée sur la base par l'intermédiaire de moyens de liaison. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen du dessin Joint qui en représente, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation. Sur ce dessin: la figure 1 est une vue en plan d'un bottier de semiconducteurs suivant l'invention; la figure 2 est une vue en élévation du bottier de semi-conducteurs représenté sur la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe transversale du bottier de semi-conducteurs suivant la ligne 3-3 de la figure 1, et la figure 4 est une vue en perspective d'un angle du bottier de semi-conducteurs représenté sur les figures 1-3, vue qui montre un élément d'interconnexion amovible 26 ixterconnectant les conducteurs 24. Les figures 1-3 représentent un bottier de semi-conducteurs à faible coût 10, qui comprend une base en matériau céramique comprimé 12. La base 12 est com- primée isostatiquement en une unique couche en utilisant une poudre de matériau céramique. La poudre de matériau céramique comprend environ 80 à 959% d'oxyde d'aluminium, de préférence de l'alumine à grains fins. L'alumine à grains fins permet une impression à haute définition sur 1e le matériau céramique comprimé. La base 12 comprend des moyens permettant d'y fixer une pastille de semiconducteur 16. La figure 1 représente une région interne en retrait ou cavité de fixation de pastille 14, de préférence de configuration rectangulaire, destinée à recevoir la pastille de semi- conducteur 16. On peut métalliser la cavité de fixation de pastille 14 en utilisant une pellicule de métal précieux ou noble pour assurer une faible résistance de contact. Si. la cavité 14 est métallisée, alors elle est de préfé- rence métallisée avec une pellicule épaisse imprimée ou déposée par points. On utilise une dimension de cavité minimale pour de grands nombres de conducteurs. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, une géométrie de métallisation 18 est imprimée par séri- 25. graphie sur la base en matériau céramique 12 en utili- sant une encre métallique réfractaire. De préférence, la géométrie de métallisation 18 est formée en utilisant une encre réfractaire-au molybdène. La géométrie de métallisation 18 convient, aoirès nickelage comme décrit plus loin, pour former, à la fois, une région de plage de soudage 22 à la périphérie de la base 12 permettant de souder le cadre à conducteurs à celle-ci, et une configuration de doigts de liaison contiguë. Un moyen de liaison 28, de préférence du fil d'or ou d'aluminium, connecte la géométrie de métal1isation 18 à lO pastille 16. En conséquence, la géométrie de métal- lisation 18 connecte les conducteurs 24 du cadre 20 à la pastille 16 par l'intermédiaire du moyen de liaison 28. Cette forme de bottier permet d'utiliser une multiplicité de configurations de pastille, chaque nou- velle configuration exigeant seulement le remplacement d'un écran d'impression peu coûteux. Cette simplicité s'oppose avantageusement au réoutillage complet néces- saire pour des cadres à conducteurs comportant des doigts de liaison découpés. Toutes les régions métalliques, à l'exception de celle qui est présente dans la cavitéde fixation de pastille 14, sont nickelées et, de préférence, ni- ckelées de façon non électrolytique. Le bottier 10 n'utilise donc aucun métal précieux ou noble dans les régions de liaison ou du cadre. La liaison des fils s'effectue avec le nickel. Le cadre à conducteurs simplifié 20 est pré- formé et se termine dans la région de plage de soudage 22 à la périphérie de la base 12. Du fait que le cadre à conducteurs 20 ne comprend pas de doigts de liaison comme les dispositifs de la technique antérieure mais est fixé à la pastille 16 par l'intermédiaire de la géométrie de métallisation 18, un outillage très simplifié peut 4tre utilisé pour fabriquer le cadre 20. Un seul modèle de poinçon peut être utilisé pour tous les conducteurs 24. En outre, la conception simplifiée permet l'utilisa- tion du même poinçon pour tous les nombres de conduc- teurs. Le cadre à conducteurs 20 est soudé à la base en matériau céramique 12 à une température notablement plus élevée que celle qui est utilisée lors des opérations de fabrication ultérieures. Cela évite un déplacement du ca- dre 20 au cours des opérations ultérieures. On obtient une grande densité en espaçant les bornes des conducteurs d'environ 0,125 mm d'axe en axe. Comme représenté sur la figure 4, dans certaines applications, en particulier dans les applications uti- lisant des bornes de conducteurs à forte densité, l'alignement du cadre et le-positionnement relatif des conducteurs peuvent être assurés au moyen d'un élément d'interconnexion 26, qu'on supprime une fois que les conducteurs 24 du cadre 20 ont été soudés à la base en matériau céramique 12. L'élément d'interconnexion 26 est incisé ou perforé, ou muni d'une autre manière de moyens facilitant son élimination après le soudage des conducteurs 24 à la base 12. Dans un mode de réalisation préféré destiné à satisfaire aux exigences de la liaison automatique des fils, les critères de précision suivants sont respec- tés: la géométrie de métallisation 18 a une largeur de doigts de liaison minimale de 0,35 mm; l'emplacement des doigts de liaison est situé à moins de + 25 microns d'une position vraie sur les axes X, Y et Q; et la planéité suivant l'axe Z est comprise dans une enveloppe de microns. Un joint (non représenté) est appliqué sur la cavité réceptrice de pastille 14 dans laquelle la pas- tille de semi-conducteur 16 a été fixée. Ce joint peut être soit en époxyde, soit en verre fritté capa- ble d'assurer une étanchéité dans une atmosphère neutre. Une atmosphère neutre évite une oxydation du nickel. Si l'on utilise une pellicule d'époxyde, celle-ci est polymérisée à de basses températures. Selon une variante, on peut utiliser un joint en polyamide organique, capable de supporter des températu- res de plus de 5001C. Le joint en polyamide est non con- ducteur. Un joint soudé métallique final (non représenté) peut également être utilisé. On applique ce joint final en imprimant tout d'abord Dar sérigraphie une mince couche d'alumine de 75 à 125 microns sur les traces ex- posées. Puis, la couche d'alumine est cuite. Une ba- gue d'étanchéité métallisée est alors imprimée par sé- rigraphie sur l'alumine cuite. Le joint métallique est ensuite réalisé sur la bague métallique. Bien que le mode de réalisation décrit ci- dessus soit celui d'une configuration "dual-in-line", le concept de l'invention s'applique également bien à d'autres formes de bottier tels qu'un "flat-pack", un sup- port de microplaquette à conducteurs ou un support de microplaquettes sans conducteurs. Dans le cas du support de microplaquette à conducteurs, les bornes peuvent être soit préformées, soit formées après coup, de manière à se conformer à une empreinte JEDEC standard. Dans le cas du support de microplaquette sans conducteurs, la con- figuration du bottier comprend simplement une base en matériau céramique comprimé sur laquelle et formée une géométrie de métallisation. La géométrie de métal- lisation est connectée à une pastille montée sur la ba- se par l'intermédiaire de moyens de liaison. Les avantages principaux du bottier de semi- conducteurs décrit ici sont son coût unitaire compétitif et le fait que sa conception satisfait aux exigences de la liaison automatique de fils. La simplicité du cadre à conducteurs permet une souplesse de modification de construction avec un coût d'outillage minimal. En outre, sa conception compacte permet une forte densité d'emboita- ge. Bien entendu, l'invention n'est nullement limi- tée au mode de réalisation particulier représenté et dé- crit; elle est susceptible de nombreuses variantes sans qu'on s'écarte pour cela de l'esprit ni du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Bottier pour dispositifs semi-conducteurs, caractérisé en ce qu'il comporte: une base en maté- riau céramique comprenant des moyens permettant d'y fixer une pastille de semi-conducteur, ladite base présentant une région de plage de soudage formée au voisinage de sa périphérie; un cadre à conducteurs comprenant une pluralité de conducteurs, ceux-ci étant soudés sur ladite base et se terminant dans ladite région de plage de soudage; et une géométrie de métal- lisation formée sur ladite base pour connecter lesdits conducteurs à ladite pastille par l'intermédiaire de moyens de liaison. 2 - Bottier suivant la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'il constitue un bottier "dual-in- line" (à deux rangées de pattes). 3 - Bottier suivant la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'il constitue un suuport de micropla- quette à conducteurs. 4 - Bottier suivant la revendication 1, ca- ractérisé en ce que ladite base en matériau céramique est comprimée en une unique couche en utilisant une poudre de matériau céramique comprenant environ 80 à 95%/o d'oxyde d'alumînium. - Bottier suivant la revendication 4, ca- ractérisé en ce que ledit oxyde d'aluminium est de l'a- lumine à grains fins. 6 - Bottier suivant la revendication 1, ca- ractérisé en ce que ladite géométrie de métallisation est formée d'une encre métallique réfractaire. 7 - Bottier suivant la revendication 6, ca- ractérisé en ce que ladite encre métallique réfractaire est une encre réfractaire au molybdène. 8 - Bottier suivant la revendication 6, carac- téris4 en ce que ladite encre métallicue réfractaire est revêtue d'un matériau métallique nouvant se lier. 9 - Bottier suivant la revendication 8, ca- ractérisé en ce que ledit matériau métallique pouvant se lier est du nickel. - Bottier suivant la revendication 9, ca- ractérisé en ce que ledit nickel est du nickel non électrolytique. 11 - Bottier suivant la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le cadre à conducteurs comprend un élément d'interconnexion amovible disposé entre les- dits conducteurs pour interconnecter ceux-ci pendant le soudage dudit cadre à ladite base. 12 - Bottier suivant la revendication 1, ca- ractérisé en ce que ladite géométrie de métallisation a une largeur de doigts de liaison minimale de 0,35 mm. 13 - Bottier suivant la revendication 12, caractérisé en ce que l'emplacement des doigts de liaison est situé à moins de + 25 microns d'une position vraie sur les axes X, Y et e. 14 - Bottier suivant la revendication 13, caractérisé en ce cue l'axe Z desdits doigts de liaison est contenu dans une envelopDe de 25 microns. - Bottier suivant la revendication 14, caractérisé en ce que lesdits conducteurs sont esDaces d'environ 0,125 mm d'axe en axe. 16 - Supoort de microplaquette sans conducteurs, caractérisé en ce au'il comprend: une base en matériau ceramiiue comprenant des movens Dermettant d'y fixer une pastille de semi-conducteur; et une géom'trie de métal- lisation formée sur ladite base pour connecter lesdits conducteurs à ladite base per l'intermédiaire de moyens de liaison.