Brevet FR2556881A1 — publié le 19850621

TRIAC A DOUBLE CACHETTE CENTRALE La présente invention concerne la réalisation de triacs. Les triacs sont des composants électroniques fabriqués en grande série et le coût du triac est fonction en particulier des possibilités d'automatisation de certaines étapes de fabrication du triac. La présente invention vise à réduire les coûts de fabrication en grande série. En particulier, lors du montage du triac dans un bottier, il s'avère nécessaire de vérifier que les triacs qui arrivent en vrac sous forme de plaquettes semiconductrices se placent correctement dans la chatne de fabrication. En pratique, il faut prévoir un opérateur qui vérifie que les plaquettes arrivent tournées du bon côté (gâchette au dessus) et qui retourne celles qui ne le sont pas (statistiquement une sur deux). La présente invention propose une nouvelle structure de triac qui permet d'éviter cette vérification et le retournement correspondant, et qui économise donc le travail d'un opérateur. Dans tout ce qui suit, bien qu'un triac soit un dispositif susceptible de laisser passer un courant dans un sens ou dans l'autre, on appellera cathode l'electrode de conduction principale située du même côté que la gâchette et anode l'electrode de conduction principale située de l'autre côté. Selon l'invention, le triac comprend une gâchette centrale (diffusion localisée de gâchette et métallisation de gâchette) sur une face de la plaquette et une autre gâchette centrale identique à la première (diffusion de gâchette et métallisation de gâchette) sur l'autre face de la plaquette. Seule l'une des métallisations de gâchette est réellement connectée à l'électrode de gâchette extérieure au bottier du triac. L'autre métallisation est reliée à l'electrode d'anode du triac. Certes, cette disposition apporte des détériorations de certaines performances (qu'on cherche généralement plutôt à améliorer) des triacs, par exemple la vitesse de montée en tension sans mise en conduc tion intempestive, ou la valeur du courant de gâchette (qui risque d'être augmentée ici alors qu'on souhaite la diminuer).Il est d'ailleurs tout à fait habituel d'éviter qu'en regard de la zone de gâchette (petite zone de type N+ juxtaposée à une zone de type P) d'un triac il y ait, sur l'autre face, autre chose qu'une zone ininterrompue de type N+ : par exemple, lorsqu'il y a des trous de court-circuits d'émetteur du côté de l'anode, c'est à dire des portions de zone de type P traversant ponctuellement la zone pour affleurer sur la face arrière, on évite de prévoir de tels trous de court-circuit dans la partie de zone Nf qui est en regard de la gâchette.Ici, on prévoit une interruption de zone N+ en regard de la gâchette de la face-supérieure, pour constituer la gâchette de la face inférieure, et réciproquement. Malgré cela, l'invention procure des avantages de réduction de coût de fabrication qui ramènent au second plan, pour des triacs de puissance et performances moyennes, les réductions de performances qu'elle introduit. Cette disposition à double gâchette trouve un intérêt tout à fait appréciable surtout dans les triacs réalisés avec une étape de gravure d'une substance de passivation suivie d'une étape de métallisation par trempage car alors aucune étape supplémentaire n'est nécessaire pour la réalisation de la deuxième gâchette : les diffusions, la gravure de la substance de passivation, et la métallisation, nécessitaient de toutes façons des masquages, diffusions et gravures des deux côtés des tranches de silicium. D'autres caractéristiques de l'invention apparattront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente en coupe la structure d'un triac classique - la figure 2 représente une vue de dessus de la plaquette constituant le triac classique - la figure 3 représente en coupe la structure d'un triac selon l'invention. Le triac classique des figures 1 et 2, qui est un triac à gâchette centrale, comprend un substrat semiconducteur 10 découpé en plaquettes dont l'une a été représentée en traits pleins sur la figure 1 ; la partie gauche et la partie droite de la figure ont été représentées en traits pointilles et correspondent à des plaquettes adjacentes fabriquées à partir du meme substrat et séparées ensuite par sciage. Le triac de la plaquette représentée comprend classiquement cinq zones semiconductrices dopées alternativement en type P et en type N : couche centrale N1 entourée en haut d'une couche Pi et en bas d'une couche P2 ; couche N2 dans essentiellement une moitié de la partie supérieure de la couche P1, la couche P1 affleurant à la surface supérieure du substrat 10 dans la majeure partie de l'autre moitie ; couche N3 dans une moitié de la partie inférieure de la couche P2, les couches N2 et N3 n'étant pas en regard l'une de l'autre mais occupant au contraire l'une la partie droite de la figure et l'autre la partie gauche de manière à constituer deux thyristors à quatre couches successives NPNP têtebeche, l'un sur une moitié (droite), l'autre sur l'autre moitié (gauche) de la plaquette. Une petite zone de diffusion de gâchette, N4, vers le centre de la plaquette, à la partie supérieure de la couche P1, est séparée de la zone N2 et sert au déclenchement du triac. Une métallisation de gâchette 12 recouvre partiellement la zone N4 et une partie de couche Pi au voisinage immédiat de la zone N4. Cette métallisation est de préférence circulaire et située au centre de la plaquette (voir figure 2). Une métallisation de cathode 14 recouvre à la fois l'essentiel de la couche N2 et la majeure partie de la couche Pi affleurant à la surface du substrat. Cette métallisation de cathode, sur la meme face de la plaquette que la métallisation de gâchette 12, entoure cette dernière en étant séparée d'elle par une couche de substance de passivation 16 qui recouvre le substrat sur une petite zone annulaire autour de la métallisation de gâchette. Une métallisation d'anode 18 recouvre la majeure partie de la surface arrière de la plaquette, à la fois sur la zone N3 et sur la zone P2 affleurant sur cette face arrière. Sur le pourtour de la plaquette, une couche de substance de passivation 20 a été formée ; ici, cette couche est présente aussi bien sur la périphérie de la face supérieure et de la face inférieure de la plaquette que sur les flancs, qui ont été creusés en forme de sillon dans la tranche semiconductrice avant sciage des plaquettes au milieu de ces sillons. Sur la figure 2, on voit bien la métallisation de cathode 14 qui couvre la majeure partie de la surface supérieure de la plaquette et qui est entourée par la substance de passivation 20 ; on voit aussi la métallisation de gâchette 12 qui recouvre le centre de la plaquette, à cheval sur la région (semicirculaire) N4 et sur une partie de région P1 qui sépare la région N4 de la région N2 ; cette métallisation 12 est entourée par un anneau de substance de passivation (16). On n'a pas représenté la face inférieure de la plaquette : elle comprend la métallisation d'anode 18 qui recouvre l'intégralité de la face arrière à l'exception d'une zone passivée 20 identique à celle de la figure 2. Il n'est pas nécessaire de décrire plus précisément la constitution de ce triac ou de triacs similaires à gâchette centrale ; ils sont bien connus de l'homme de l'art. Il faut seulement préciser que le montage de ce triac en boitier nécessite qu'il arrive sur le poste de montage avec la face contenant la gâchette orientée vers le haut, alors qu'a priori les plaquettes sciées arrivent en vrac dans une orientation tout à fait aléatoire. Lors de ce montage, des électrodes sont placées en contact avec les différentes métallisations, à savoir une électrode d'anode en contact avec la totalité de la face arrière, une électrode de cathode sur la majeure partie de la face supérieure, correspondant à la zone de métallisation de cathode 14, et une électrode de gâchette centrale sur la petite métallisation de gâchette 12 au centre de la face supérieure. Les électrodes ont été représentées symboliquement par des fils sur la figure 1 : G pour la gâchette, AI pour la cathode, A2 pour l'anode. Le triac selon l'invention est représenté en coupe à la figure 3 ; les éléments identiques à ceux de la figure 1 sont désignés par les mêmes références. La différence avec la structure de la figure 1 est la suivante : au lieu que la face arrière de la plaquette comprenne une seule zone diffusée N3 sur environ la moitié de la plaquette, la zone P2 affleurant sur l'autre moitié et une métallisation unique 18 recouvrant le tout, on a maintenant sur la face arrière une disposition identique à celle de la face avant, à savoir avec une gâchette centrale : une diffusion de gâchette N5 est séparée de la diffusion principale N3 et une métallisation de gachette centrale 22, exactement en regard de la métallisation de gâchette 12 de l'autre face, recouvre partiellement la zone diffusée N5 et partiellement une petite partie de la zone P2 affleurant à la surface arrière de la tranche semiconductrice.La zone diffusée N3 s'étend maintenant sur une surface analogue à celle de la zone N2, c'est à dire légèrement plus petite que la zone N3 de la figure 1 puisqu'elle n'englobe plus la zone N5. Enfin, la passivation des zones non métallisées de la surface inférieure est réalisée comme sur la surface supérieure anneau de passivation 24 autour de la métallisation centrale de gâchette 22, et passivation 20 à la périphérie de la plaquette, y compris, s'il y a lieu, dans les sillons qui ont été creusés par voie chimique avant sciage de la tranche. Le triac a donc maintenant deux faces complètement identiques en ce qui concerne les diffusions comme en ce qui concerne les métallisations et la passivation. Pour l'assemblage sous boiter, il reste à mettre en place les électrodes. On utilise des électrodes classiques, identiques à celles des triacs classiques. Un exemple en a été représenté sur la figure 3 et il faut comprendre que ces mêmes électrodes pourraient être placées exactement de la même façon sur le triac de la figure 1 avec cette différence que pour le triac de la figure 1 il faut que l'electrode d'anode soit placée du côte de la métallisation d'anode 18 et les électrodes de cathode et de gâchette du côté des métallisations de cathode et de gâchette, tandis que dans le cas de la figure 3, l'electrode d'anode, 26, peut être appliquée sur n'importe laquelle des deux faces de la plaquette, les électrodes de cathode 28 et de gâchette 30 étant appliquées alors sur l'autre face.De manière classique, l'électrode de gâchette 30 est disposée dans un perçage au centre de l'electrode de cathode 28 et isolée électriquement d'elle notamment par une entretoise cylindrique isolante 32 servant également à centrer l'électrode de gâchette. La fabrication de la plaquette se fait selon un procédé classique, par exemple le suivant - on part d'un substrat dans lequel on forme par diffusion uniforme ou épitaxie les zones N1, P1 et P2 ; - on masque le substrat en dehors des zones N2, N4 sur la face avant et en dehors des zones N3, N5 sur la face arrière (masques identiques) et on diffuse une impureté de type N pour former les zones N2, N3, N4, N5 NS - on creuse (dans le cas plus précisément décrit ici) par voie chimique, après masquage du reste de la tranche, les sillons délimitant la périphérie des plaquettes à découper ultérieurement (ces sillons pourraient aussi être à l'intérieur de cette périphérie, le découpage se faisant entre deux sillons voisins) - on recouvre la tranche sur ses deux faces, y compris dans les sillons, d'une substance de passivation, par exemple une poudre de verre que l'on fait fondre - on grave la couche de passivation sur les deux faces, avec deux masques de gravure identiques pour laisser dénudés les espaces correspondant aux métallisations 12, 14, 18 et 22 ; - on métallise la tranche par trempage ; le métal prend sur le silicium dénudé sur les deux faces mais ne reste pas sur le verre dans les zones passivées 16, 20, 24 - on découpe la tranche en plaquettes individuelles par sciage ou par toute autre méthode ; - enfin, on effectue l'assemblage sous bottier, sans se préoccuper de savoir quelle face de la plaquette est tournée vers le haut, en plaquant une électrode d'anode sur une face et une électrodes de gâchette et une électrode de cathode sur l'autre face, éventuellement avec interposition de rondelles métalliques, et en noyant l'ensemble dans une enveloppe de matière plastique. L'électrode d'anode vient en contact aussi bien avec la métallisation 18 (ou 14) principale de la face contre laquelle elle est appliquée, qu'avec la métallisation de gâchette 22 (ou ;2) de la même face. REVENDICATIONS 1. Triac à gâchette centrale comprenant une plaquette semiconductrice (10), une électrode d'anode (26) d'un côté de la plaquette, une électrode de gâchette (30); et une électrode de cathode (28) de l'autre côté, avec sur une face de la plaquette, une diffusion localisée de gâchette (N4) et une métallisation centrale de gâchette (12) en contact avec l'electrode de gâchette (30), caractérisé en ce que la plaquette comporte sur son autre face une autre diffusion localisée de gâchette (N5) et une autre métallisation centrale de gâchette (22). 2. Triac selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode d'anode (26) est en contact avec la métallisation centrale de gâchette (22) de la face contre laquelle cette électrode est appliquée.