Brevet FR2541824A1 — publié le 19840831

I 5541824 La présente invention concerne des dispositifs à semi- conducteur et, plus précisément, des dispositifs de puissance à trois bornes, tels que transistors discrets et montages de Darlington, constitués par des éléments actifs montés en pa- rallèle entre eux. On connaît des transistors et des Darlington de puissance comprenant, dans une même enveloppe, trois ou quatre plaquettes de semi-conducteur, dont chacune constitue un composant fone- tionnellement complet avec des bornes qui sont raccordées, en parallèles entre elles, à trois conducteurs qui sortent de l'enveloppe et constituent les bornes du dispositif Un dispo- sitif de ce type est représenté schématiquement en plan sur la fig 1 des dessins ci-annexés. Trois plaquettes de semiconducteur semblables, désignées par 1, par exemple trois transistors dont l'électrode de col- lecteur est sur le derrière de la plaquette et les électrodes de base et d'émetteur sont sur le devant de la plaquette, sont soudées sur une petite plaque métallique 2 qui comporte un appendice 2 ' sur un côté Six fils, désignés par 3, sont soudés par une extrémité aux zones de contact de base ou d'émetteur 1 ' des transistors 1 et, par leur autre extrémité, à deux bandes métal liques 4 et 5 qui constituent les bornes de base et d'émetteur du dispositif Une enveloppe, délimitée sur le dessin par un rectangle 6, renferme tous les éléments du dis- positif à l'exception d'une partie de l'appendice 2 ' de la petite plaque métallique 2 et une partie d'extrémité de chacu- ne des bandes 4, 5 et elle peut être constituée par un bloc massif de matière plastique obtenu par un procédé connu d'es- tampage, ou par un bottier métallique opportunément rempli d'un gaz inerte et fermé hermétiquement Dans ce dernier cas, l'appendice 2 ' et les parties d'extrémité des bandes 4 et 5 2 ? 54 ? 541824 sont isolés électriquement du bottier métallique, Dans certains dispositifs connus, la petite plaque métallique 2 fait partie de la paroi de fond du dispositif et elle peut être fixée méca- niquement à un corps métallique de plus grandes dimensions, non représenté sur le dessin, pour la dissipation nécessaire vers l'extérieur de la chaleur produite par le dispositif durant son fonctionnement, ou bien, dans d'autres dispositifs, elle est unie mécaniquement à une plaque métallique massive avec inter- position d'une couche de matière électriquement isolante, mais bonnme conductrice de la chaleur, par exemple l'oxyde de béryl- lium Il va de soi que, dans le premier cas, la connexion entre le collecteur du dispositif et le circuit extérieur est établie par le dissipateur lui-même, ce qui fait que l'appendice 29 de la petite plaque 2 n'est pas nécessaire, tandis que, dans le second cas, cet appendice est indispensable pour permettre la connexion électrique avec l'extérieuro Les dispositifs connus de ce type sont en mesure de fonc 2 tiornner à des valeurs de puissance jusqugà 500 Wo Pour pouvoir traiter des puissances plus élevées avec un unique dispositif, comme cela est exigé de plus en plus fréquemment par l'indus- trie, il faudrait augmenter le nombre des plaquettes de semis conducteur qui constituent les composants élémentaires du dis- positif Cela entraînerait toutefois une augmentation inaccep- table de la longueur du dispositif, si l'on voulait maintenir la géométrie représentée sur la fig O 15 ou bien la réalisation de structures très étendues et compliquées si l'on voulait combiner entre ellesen parallèlegdifférentes structures du type représenté En tout cas, le montage à l'aide d'équipe- ments automatiques serait problématique, en raison du grand nombre de soudures de précision nécessaire pour la connexion des plaquettes sur les bandes métalliques d'émetteur et de base Enfin, au projetage d'un tel dispositif, il faudrait aussi tenir compte de la nécessité de maintenir au minimum, et surtout constanteela longueur des fils de jonction, pour ns pas nuire à l'uniformité d'activation des composants indi- viduels par l'introductibn de résistances inégales en série avec les bases et les émetteurs des composants élémentaires. Le but principal de la présente invention est de réaliser 3 25 1824 un dispositif à semiconducteur à trois bornes-; constitué par une multiplicité d'éléments actifs individuels montés en parallèle, dispositif qui ait des dimensions acceptables, se prête au montage au moyen d'équipements automatiqueset soit- fiable électriquement et mécaniquement. Ce but, ainsi que d'autres, est atteint, d'après l'inven- tion, avec un dispositif qui comprend une multiplicité de pla- quettes de semi-conducteur constituant les éléments actifs qui sont fixées, suivant une disposition prédéterminée, sur une petite plaque métallique servant de support et de première borne Les deux autres bornes sont constituées par deux élec- trodes métalliques, ayant dans l'ensemble la forme de peignes, de l'un desquels les dents s'insèrent entre les dents de l'au- tre, électrodes qui s'étendent au-dessus des plaquettes de semconducteur et comportent des languettes qui établissent une connexion entre ces électrodes et les deux zones de contact de chaque plaquette. L'idée de l'invention pourra être mieux-comprise à l'aide de la description détaillée qui suit de l'une de ses formes de réalisation, donnée à titre de simple indication et, par suite, sans caractère limitatif, en référence aux dessins ci-annexés. La fig 19 déjà citée et expliquée, représente un disposi- tif connu. La fig 2 représente un dispositif suivant l'invention. Les fig 3 et 4 représentent, respectivement en plan et en coupe, un détail agrandi du dispositif de la fig 2. Si l'on considère les dessins, le dispositif de la fig O 2 est constitué par la combinaison en parallèle de six composants élémentaires, par exemple des transistors, réalisés sous forme d'autant de plaquettes de semiconducteur, désignées par 7 Le nombre de plaquettes a été limité à six pour simplifier le dessin, mais en réalité, il pourrait être beaucoup plus grand. A cet égard, il y a lieu de signaler que les avantages de la présente invention sont d'autant plus sensibles que le nombre des composants élémentaires est grand Les plaquettes 7 ont une grande surface, constituant l'électrode de collecteur du transistor élémentaire, qui est fixée à une petite plaque métallique 8 La fixation Deut être effectuée par exemple par un procédé usuel de soudage utilisant un alliage de soudure à basse température de fusion. Deux électrodes 9 et 10, pratiquement semblables et ayant dans l'ensemble la forme de peignes, isolées entre elles, sont disposées dans un même plan au-dessus de la petite plaque 8 et des plaquettes de semiconducteur 7 les dents 9 ' de l'une s'in- sérant entre les dents 10 ' de l'autre Les dents 9 ' et 10 ' des électrodes en peigne s'étendent chacune au-dessus d'une file de plaquettes 7 de manière à surmonter les zones de contact 7 ' de 0 base ou d'émetteur de chacune de celles-ci et elles comportent des parties saillantes, ou languettes 11, qui sont en contact électrique avec les zones-7 '. Dans le dispositif représenté sur les figures, le contact électrique est établi simplement par pression, les électrodes 9, 10 et les languettes 11 correspondantes étant convenablement dimensionnées à cet effet, maistdans d'autres formes de réelia sation de l'invention, il peut être établi par soudage, par application de l'un des procédés usuels qui utilisent des alliages de soudure à basse température de fusiôn, Toute la structure, à l'exclusion d'une partie au moins de la surface externe de la, petite plaque 8 et des parties d'extrémité 9 '1 et 10 " 1 des électrodes 9 et 10, est enfermé dans un bloc de matière plastique, délimité sur la fig 2-par un rectangle 12 et réalisé par un procédé usuel d'estampage Dans d'autres applications de l'invention, l'enveloppe du dispositif est un petit bottier métallique fermé hermétiquement et/ou la petite plaque 8 est fixée, avec interposition d'une couche électriquement isolante, à une plaquette métallique, selon ce qui a été décrit ci-dessus à propos de la fig 1. lies électrodes 9 et 10 avec leurs languettes 11 peuvent être formées à partir d'une même t 8 le de cuivre en une seule opération de découpage De manière avantageuse, une multipli- cité de paires d'électrodes, destinées à des dispositifs dis- tincts, peut être formée simultanément, ces électrodes étant maintenues assemblées entre elles pendant toutes les opérations de montageet séparées à la suite de l'estampage. On notera que, d'après l'invention, on peut réaliser des structures de dimensions beaucoup plus réduites que celles des structures connues: en effet, grâce à la disposition des ? 51 1824 électrodes de base et d'émetteur au-dessus du plan des pla- quettes, ces plaquettes peuvent être placées à distance rappro- chée les unes des autres Ces distances peuvent même -être inférieures à celles qui sont possibles avec la forme de réali- sation représentée sur les fig 2 à 4 si, d'après une variante de l'invention, les électrodes de base et d'émetteur sont dis- posées dans des plans différents l'un de l'autre Un dispositif selon l'invention peut être réalisé en utilisant une plaque entière de semiconducteur, comprenant une multiplicité de pla- quettes, sans procéder au découpage et à la séparation de ces dernières Dans ce cas, les éventuelles plaquettes défectueuses peuvent êtré exclues par simple soulèvement des languettes 11 prévues pour la connexion électrique avec leurs zones de con- tact de base et d'émetteur. Il convient de noter aussi que le dispositif suivant lain- vention se prête à la fabrication avec des équipements automa- tiques, en particulier grâce à la conformation des électrodes de coxtact qui permettent d Veffectuer simultanément la mise en contact de tous les composants élémentaires du dispositif' De ce qui précède 9 il ressort que la structure suivant l'invention est particulièrement adaptée aux dispositifs à semiconducteur à trois bornes, capables de traiter des puis- sances supérieures à 500 W 9 mais il est évident qu'elle est utilisable également de façon avantageuse dans tous les cas o il convient de monter en parallèle de nombreux composants élémentaires, indépendamment de la puissance du dispositif final. 6 225 LL 1824 REVENDICATIONS 1 e Dispositif a semiconducteur à trois bornes, comprenant une multiplicité d'éléments actifs à trois bornes montés en paral- lèle entre eux, ces éléments actifs étant formés chacun dans une plaquette de semiconducteur ( 7) comportant trois zones de contact qui constituent les bornes de l'élément actif et dont la première se trouve sur l'une des grandes surfaces de la plaquette, tandis que la deuxième et la troisième ( 7 V) se trouvent sur l'autre grande surface de la plaquette, ce dispo- sitif comprenant en outre une petite plaque métallique de support ( 8) sur laquelle sont fixées les plaquettes de semi- conducteur ( 7) suivant une disposition prédéterminée, la première zone de contact des plaquettes étant en contact ohmi- que avec cette petite plaque ( 8), une première et une seconde électrode métallique ( 9, 10) en connexion électrique, respec- tivement, avec la deuxième et la troisième zone de contact ( 7 e) de chacune des plaquettes de semiconducteur ( 7), et une enveloppe ( 12) qui renferme hermétiquement tous les composants ci-dessus cites du dispositif, à l'ex Qeption d'une partie de la petite plaque métallique et de parties ( 9 ", 10 ") de la pre- mière ( 9) et de la seconde ( 10) électrode, ces parties consti, tuant les trois bornes du dispositif, caractérisé en ce que la première ( 9) et la seconde ( 10) électrode métallique s'éten- dent au-dessus des plaquettes de semiconducteur ( 7) et présen- tent chacune des appendices ( 11) au niveau respectivement des deuxième et des troisième zone de contact ( 7 ') des plaquet- tes ( 7), certains au moins de ces appendices ( 11) étant en rapport de contact ohmique aveccettedeuxièmeet cettetroisième zone de contact ( 7 '). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de la petite plaque métallique ( 8) qui n'est pas renfermée dans l'enveloppe ( 12) est l'une des grandes surfaces de cette petite plaque. 3 Dispositif selon la revendications, caractérisé en ce que l'enveloppe ( 12) comprend une plaque métallique à laquelle la petite plaque métallique de support ( 8) est fixée avec inter- position d'une couche électriquement isolante. 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la première ( 9) et la seconde ( 10) électrode comprennent chacune une pièce de tôle métallique, ayant dans l'ensemble la forme d'un peigne à multiples dents ( 9 ', 10 '), ces pièces étant disposées, isolées entre elles, dans un même plan et de telle manière que les dents ( 9 ') de l'une s'insèrent entre les dents ( 10 ') de l'autre, et en ce que les appendices ( 11) de la première et de la seconde élec- trode sont constitués par des parties repliées de la t 8 leo a Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé en ce que la première ( 9) et la seconde ( 10) électrode s'étendent dans des plans différents. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé en ce que les plaquettes de semie-conducteur ( 7) font partie intégrante d'une unique plaque de semiconducteur.