Brevet FR2537342A1 — publié le 19840608

* La présente invention concerne des boîtiers pour dispositifs à semiconducteur et 9 plus précisément, des boîtiers, qualifiés de "plastiques", qui comprennent une partie métallique et une partie en résine synthétique. Un boîtier de ce type est connu sous le sigle TO-2200 Il com- prend une petite feuille métallique, partiellement incorporée dans un corps de résine synthétique, de telle manière que l'une de ses grandes surfaces soit libre Une ou plusieurs plaquettes de matiè- re semiconductrice, qui constituent la partie active du dispositif, sont fixées sur l'autre grande surface de la feuille, en bon con- tact avec celle-ci 2 de manière à assurer la dissipation, vers l'extérieur du boîtier, de la chaleur produite par ces plaquettes au cours du fonctionnement La partie de la feuille qui n'est pas incorporée dans le corps de résine est percée d'un trou traversant qui permet la fixation, au moyen d'une vis appropriée, à un dissi- pateur thermique extérieur, de telle manière que la grande surface libre da la feuille soit en bon contact thermique avec celui-ci O Des conducteurs métalliques rigides, servant de-bornes du disposi- tif, sont raccordés à des zones métallisées des plaquettes de semi- conducteur au moyen de fils métalliques minces et sont incorporés eux aussi en partie dans le corps de résine. Si les boîtiers connus du type décrit ci-dessus présentent de nombreuses caractéristiques avantageuses par rapport à d'autres de structure différente, par exemple les boîtiers métalliques du type TO-3, ils ne garantissent pas une résistance aux sollicitations mécaniques aussi satisfaisante dans toutes les applications. Cet inconvénient, qui entraîne la possibilité de perte d'her-, méticité du boîtier et, par suiite, de formation de passages pour des agents extérieurs nuisibles aux éléments actifs du dispositif, 253 Y 34 Z est dû en partie au fait qu'en raison des coefficients de dilata- tion thermique différents du métal et de la résine, les surfaces de contact entre les deux matières ont tendance à glisser l'une sur l'autre lorsque la température varie, ce qui fait que l'adhé- rence entre les deux matières n'est pas partout parfaite, et il est lié en partie à un ancrage mécanique insuffisant du corps de résine à la feuille métallique, par rapport aux déformations pos- sibles, sous effort, de cette dernière. On peut ensuite estimer qu'immédiatement après le durcissement du corps de résine, au cas o l'ancrage entre le corps de résine et la feuille et l'adhérence entre résine et métal sont insuffi- sants, l'étanchéité mécanique du boîtier est uniquement due à l'adhérence entre la résine et la matière semiconductrice des pla- quettes En conséquence, tant pendant les opérations de traitement de production qui font suite à la fermeture "plastique" du bottier, qu'au moment de la fixation du dispositif au dissipateur thermique par l'utilisateur, il existe le risque qu'il soit transmis, à la plaquette de semiconducteur, des sollicitations mécaniques capables d'en compromettre l'intégrité. Différentes solutions de ce uroblème ont été suggérées dans l'état antérieur de la technique. Il a été proposé par exemple d'utiliser une couche intermé- diaire d'une matière présentant une bonne adhérence, tant à la résine qu'au métal, et un coefficient d'élasticité élevé, de telle sorte que les dilatations différentes de la feuille métallique et du corps de résine soient compensées et que les sollicitations transmises à la plaquette de semiconducteur soient atténuées Il a aussi été prévu la formation de stries, de gouttières ou de trous traversants sur la feuille métallique, pour améliorer l'an- crage mécanique du corps de résine. Toutefois, ces solutions ne réduisent pas suffisamment la transmission de sollicitations mécaniques à la plaquette de semi- conducteur, en particulier lorsque la fixation par vis du boîtier est effectuée sur des dissipateurs qui ne sont pas parfaitement plans. Le but de la présente invention est de réaliser un boîtier du genre décrit ci-dessus qui, en comparaison des boîtiers de l'état connu de la technique, offre une fiabilité mécanique plus élevée et qui protège plus efficacement, contre les sollicitations mécaniques, la partie active du dispositif qui y est contenue. Ce but est atteint avec un boîtier du type défini qui, d'après l'invention, est caractérisé par le fait qu'au niveau de la zone de transition entre Sa partie incorporée dans le corps de résine et sa partie libre de résine, la feuille métallique présen- te deux entailles latérales opposées et, sur l'une au moins de ses grandes surfaces, au moins une rainure qui relie entre elles les deux entailles. l'invention pourra être mieux comprise à l'aide de la descrip- tion détaillée qui suit, donnée purement à titre d'exemple et, par suite, sans intention de limiter l'invention, en référence aux dessins ci-annexés. La fig 1 est une vue en perspective, à échelle agrandie, d'un boîtier du type TO-220. La fig 2 est une vue en plan, à échelle agrandie, de la feuille métallique d'un boîtier suivant l'invention. La fig 3 est une vue en coupe, à échelle agrandie 2 de la feuille représentée sur la fig O 2. Sur les figures, on a utilisé les mêmes numéros de référence pour désigner les éléments correspondants. Comme on le voit sur la fig 1, un boîtier du type TO-220 comprend une feuille métallique 2 dont une partie est incorporée dans un corps de résine synthétique 4, obtenu par exemple par injection sous pression d Ouhe résine époxy dans un moule approprié. Une plaquette 6 de matière semiconductrice, qui a été préala- bleaent traitée de manière appropriée et qui constitue la partie active du dispositif, est fixée à la feuille métallique 2, par exemple par brasage O Des bornes métalliques 8 (au nombre de trois sur la figure) sont incorporées en partie dans le corps de résine 4 et sont reliées électriquer nt à la plaquette 6 par des fils de contact 10. Un trou traversant 12, pratiqué dans la feuille métallique 2, permet la fixation du dispositif à un support extérieur adapté. Une nervure 14 le long d'une partie des bords de la feuille, obtenue par exemple par estampage, favorise l'ancrage du corps de résine sur la feuille métallique. D'après l'invention, il est pratiqué dans la feuille, au niveau de la zone de transition entre la partie de celle-ci qui est incorporée dans la résine et sa partie libre de résine, deux entailles latérales opposées 16 et au-moins une rainure 18 qui relie celles-ci. Dans l'exemple de réalisation représenté sur les fig 2 et 3, les entailles 16 suivent un tracé rectangulaire à partir du bord de la feuille et sont perpendiculaires aux grandes S 2 rfaces de celle-ci; les parois de la rainure s'étendent en ligne droite, sont parallèles entre elles et sont perpendiculaires au plan de la feuille La paroi de la rainure 18 et les parois des entailles 16 les plus proches du trou traversant 12 sont situées dans un-môme plan Dans la forme de réalisation préférée de l'invention, ce plan constitue la limite entre la partie de la feuille qui est incorporée dans la résine et a partie libre de résine, de telle manière que d'éventuelles déformations de la partie libre ne pro- voquent pas le désancrage du corps de résine par rapport à la feuille. D'après un aspect caractéristique de l'invention, la rainure est réalisée par une opération de fraisage, tandis que les entail- les latérales sont réalisées en une seule opération de découpage; toutefois, dans d'autres formes de réalisation, la rainure pour- rait àtre également obtenue par estampage et les entailles par fraisage. Il est également prévu la possibilité de donner à la rainure et aux entailles latérales une forme telle que leurs parois laté- rales forment un angle aigu avec la surface de la feuille métalli- que sur laquelle est fixée la plaquette de semiconducteur. La rainure et les entailles permettent d'améliorer l'ancrage mécanique du corps de résine à la feuille, obtenu avec la nervure 14. Mais la principale fonction de la rainure 18 et des entailles 16 est de diminuer la résistance mécanique de la feuille métallique dans la zone de transition entre la partie incorporée dans la résine et celle qui est libre de résine de cette manière, il n'est plus transmis à la plaquette de semiconducteur, qui consti- tue la partie active du dispositif, de sollicitations nuisibles dues à des actions mécaniques sur la partie de la feuille qui n'est pas incorporée dans la résine O En effet, de telles sollicitations, par exemple celles qui sont produites par la fixation par vis sur des dissipateurs qui ne sont pas parfaitement plans, sont absorbées sous forme de déformations élastiques ou plastiques de cette zone à résistance mécanique réduites au lieu d'être transmises à la plaquette. Si la rainure 18 est réalisée de préférence par une opération de fraisage, c'est parce qu'une telle opération donne, à la matière des parois et du fond, des caractéristiques de moindre résistance mécanique. Les dimensions pratiques des entailles et de la rainure sont calculées en fonction des sollicitations maximales à absorber et en fonction de la puissance dissipée en chaleur par le dispositif au cours de son fonctionnement, la feuille métallique devant con- server, même dans la zone de la rainure et des entailles, une conductibilité thermique globale qui soit suffisante pour pouvoir transmettre à l'extérieur cette chaleur On a par exemple constaté expérimentalement que pour une surface de support extérieure, à laquelle le dispositif est fixé par vissage, ayant une concavité de 100 microns, la rainure dans la feuille doit avoir, dans les dispositifs normaux, une longueur qui ne dépasse pas 6 mm et une profondeur éu moins égale à 1/3 de l'épaisseur de la feuille métal- lique. Il est important de faire observer que la formation des en- tailles latérales 16 ne nécessite pas de phases d'usinage en plus de celles qui sont nécessaires pour la préparation d'une feuille métallique 2 de type usuel, puiisque ces entailles peuvent être obtenues par la même opération de découpage de la feuille. La formation de la rainure est également simple et peu coûteuse industriellement: en effet, ' opération nécessaire de fraisage peut être effectuée directement sur la tôle métallique dans laquelle sont ensuite découpées les différentes feuilles 2 et, par suite, elle peut consister en une seule opération de fraisage, commune à plu- sieurs feuilles. Du fait qu'il n'a été représenté et décrit qu'une seule forme de réalisation de l'invention, il est évident que de nombreuses varantes sont possibles, sans que l'on s'écarte pour autant du cadre de l'invention Par exemple, il pourra être prévu plusieurs rainures, sur l'une ou sur l'une et l'autre des grandes surfaces de la feuille On peut également modifier selon les nécessités la limite entre le corps de résine et la partie libre de la feuille. r-fin, il est possible d'obtenir par des méthodes mécaniques, phy- siques ou chimiques une zone de moindre résistance mécanique, sans aucune rainure. 7 2 $ 37342 E V E N D 2 C A T 00 N $ 1 Boîtier pour dispositif à semiconducteur, du type comprenant une petite feuille métallique et un corps de résine synthétique qui enveloppe une partie de la feuille en laissant libre une grande sur- face de celle-ci, caractérisé en ce qu'au niveau de la zone de tran- sition entre sa partie incorporée dans le corps de résine et sa partie libre de résine, la feuille métallique ( 2) présente deux en- tailles latérales opposées ( 16) et, sur l'une au moins de ses gran- des surfaces, au moins une rainure ( 18) qui relie entre elles les deux entailles. 2 Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une partie au moins de l'une au moins des parois de la rainure ( 18) forme un angle aigu avec la grande surface de la feuille. 3 Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une partie au moins des parois internes des entailles latérales ( 16) forme un angle aigu avec la grande surface de la feuille qui est partiellement recouverte de résine. 4 Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que sur un segment du périmètre des entailles latérales à partir du bord de la feuille, une partie au moins de la surface, opposée au corps de résine, des parois internes de chacune de ces entailles est une surface pratiquement plane qui forme, avec le plan de la grande surface de la feuille qui est partiellement recouverte de résine, un angle non supérieur à un angle droit, Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu au niveau de la zone de transition entre la partie incorporée dans le corps de résine ( 4) et la partie libre de résine ( 2), la feuille métallique présente, sur sa grande surface recouverte partiellement de résine, une rainure ( 18) qui relie entre elles les deux entailles ( 16) et dans laquelle la résine s'étend jusqu'à la limite de la paroi opposée au corps de résine, une partie au moins de la sur- face de cette paroi, s'étendant sur toute la longueur de la rai- nure, étant une surface pratiquement plane qui forme, avec le plan de la grande surface de la feuille qui est recouverte partielle- ment de résine, un angle non supérieur à un angle droit. 6 Boîtier pour dispositif à semiconducteur, du type compre- nant une petite feuille métallique et un corps de résine synthé- tique qui enveloppe une partie de la feuille en laissant libre une grande surface de celle-ci, caractérisé en ce qu'au niveau de la zone de transition entre sa partie incorporée dans le corps de résine ( 4) et sa partie libre de résine, la feuille métallique ( 2) présente deux entailles latérales opposées ( 16), et en ce qu'au moins dans la région comprise entre les deux entailles, la résis- tance mécanique de la feuille métallique est inférieure à celle qu'elle présente dans la partie incorporée dans le corps de résine. 7 Bottier pour dispositif à semiconducteur, du type compre- nant une petite feuille métallique et un corps de résine synthé- tique qui enveloppe une partie de la feuille en laissant libre une grande surface de celle-ci, caractérisé en ce qu'au niveau de la zone de transition entre sa partie incorporée dans le corps de résine ( 4) et sa partie libre de résine ( 2), la feuille métalli- que présente deux entailles latérales opposées ( 16), et en ce que la résistance mécanique de la feuille, dans la partie libre de ré- sine ( 2), est inférieure à sa résistance dans la partie incorporée dans le corps de résine ( 4).