Brevet FR2559956A1 — publié le 19850823

La présente invention se rapporte aux dispositifs à semi-conducteur et elle concerne, plus particulièrement, un boî- tier pour transistors ou circuits intégrés de puissance. Un boîtier typique pour dispositifs à semi-conducteurs de puissance est celui connu par le signe TO-220. Il comprend une plaque métallique incorporée partiellement dans un corps en résine synthétique, de façon qu'une grande face de la plaque soit libre. Une ou plusieurs plaquettes de matière semi-conductrice, qui cons- tituent la partie active du dispositif, sont fixées sur l'autre grande face de la plaque, en bon contact avec elle, de façon que la chaleur qu'elles dégagent pendant le fonctionnement puisse être dissipée vers l'extérieur. Des conducteurs métalliques rigides, jouant le rôle de conducteur d'amenée du dispositif, sont reliés à des zones métallisées des plaquettes de semi-conducteur au moyen de fils métalliques minces, et ils sont également incorporés en partie dans le corps en résine. La partie de la plaquette non in- corporée dans la résine comporte un trou traversant qui en permet la fixation, par une vis ou un rivet, à un dissipateur de chaleur. Bien qu'ils présentent beaucoup de caractéristiques avantageuses par rapport à d'autres boîtiers de structure diffé- rente, par exemple leur cot de fabrication réduit, les boîtiers connus du type décrit précédemment ne garantissent pas une résis- tance aux sollicitations mécaniques satisfaisante dans toutes les applications. Cet inconvénient est essentiellement lié aux caracté- ristiques physiques différentes du métal et de la résine dont ils sont constitués, qui ne permettent pas une fixation parfaitement rigide du corps en résine à la plaque métallique. Il est en effet connu que, tant au cours de quelques phases du processus de fabri- cation du boîtier qu'en particulier au moment de la fixation du dispositif à un dissipateur de chaleur par l'utilisateur, on court le risque que des sollicitations mécaniques susceptibles de com- promettre l'intégrité de la plaquette de semi-conducteur soient transmises à celle-ci. Ce risque est particulièrement important, lorsqu'on fixe le bottier par vissage à un dissipateur non parfai- tement plan ou légèrement concave. On a proposé antérieurement différentes solutions pour résoudre ce problème. On a essayé par exemple, d'utiliser une cou- che intermédiaire de matière présentant une bonne adhérence à la fois à la résine et au métal et un coefficient d'élasticité élevé, de sorte que la différence de dilatation entre la plaque métalli- que et le corps en résine est compensée et que les sollicitations mécaniques transmises à la plaquette de semi-conducteur sont atté- nuées. On a également proposé d'utiliser des étriers de fixation, des rainures ou des trous traversants dans la plaquette métallique pour améliorer la fixation du corps de résine à la plaquette. Ce- pendant, non seulement ces solutions rendent le procédé de fabrica- tion plus complexe et, par suite, le produit fini plus coûteux, mais elles ne résolvent toujours pas le problème. L'invention a principalement pour objet un boîtier du type décrit précédemment, que l'on puisse fixer efficacement à des dissipateurs, même non parfaitement plans, et que l'on puisse fa- briquer de façon économique. L'invention a également pour objet un procédé de fabri- cation de boîtiers perfectionné selon l'invention. Le boîtier suivant l'invention comprenant une plaque métallique et un corps en résine synthétique qui enrobe une partie de la plaque, en laissant une grande face libre, ladite plaque com- portant, dans la partie non incorporée dans le corps de résine, au moins un trou permettant le passage d'un élément de fixation, est caractérisé en ce que la plaque présente, autour du trou, une por- tion délimitée par une surface cylindrique dont les liaisons mé- tallurgiques avec le reste de la plaque sont rompues, mais qui est encore solidaire de la plaque. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description détaillée qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, en regard du dessin annexé dont: la figure 1 représente, en perspective et à échelle agrandie, un bottier de type T0-220 perfectionné selon l'inven- tion; les figures 2a, 2b et 2c représentent, de façon sché- matique, une partie d'une machine de découpage utilisée pour réaliser un boîtier du type représenté sur la figure 1, au cours de trois phases du procédé selon l'invention; la figure 3 est une coupe transversale du boîtier selon l'invention, fixé à un dissipateur de chaleur. Comme le montre la figure 1, un boitier du type T0-220 comprend une plaque métallique 2, par exemple en cuivre, dont l'épaisseur est typiquement d'environ 1,5 mm, dont une partie est incorporée dans un corps de résine synthétique 4 d'environ 5mm d'épaisseur. Une plaquette 6 en matière semi-conductrice, par exem- ple en silicium, qui constitue la partie active du dispositif, est fixée avec un bon contact thermique à la plaque 2. Des conducteurs d'amenée 8 (au nombre de trois sur la figure) sont incorporés en partie dans le corps de résine 4 et sont reliés à la plaquette 6 par des fils de liaison 10. Un trou traversant 12, pratiqué dans la plaque 2, permet de fixer le dispositif à un dissipateur de cha- leur métallique de grandes dimensions. Selon l'invention, la pla- que 2 présente autour du trou 12 une portion annulaire 14 qui, tout en étant solidaire du reste de la plaque, en est séparée du point de vue métallurgique. Pour modifier localement la structure métallique de façon à obtenir le corps annulaire 14, la plaque 2 est soumise à trois phases d'élaboration mécanique successives, de préférence avant les phases d'assemblage du boîtier, lorsqu'elle est en- core réunie aux autres plaques identiques formées par découpage d'une bande de tôle. Au cours de la première phase, comme on l'a représenté sur la figure 2a, on positionne la plaque 2 entre les surfaces planes et parallèles de deux blocs de serrage 16 et 18 d'une machine de découpage comportant deux poinçons 20 et 22 cou- lissant dans des cylindres coaxiaux respectifs 24 et 26 présents dans les deux blocs 16 et 18 et présentant une section transversa- me égale à celle de la portion de la plaque 2 que l'on veut sépa- 4 2559956 rer. Le poinçon inférieur 22 a une surface de pression plane et pa- rallèle aux surfaces en regard des deux blocs 16 et 18. Le poinçon supérieur 20 se termine par un petit cylindre coaxial 28 de section un peu inférieure à celle du trou 12 de la plaque 2, et d'une hau- teur inférieure à l'épaisseur de ladite plaque, et il présente une surface de pression annulaire parallèle aux surfaces des blocs de serrage. On positionne la plaque 2 de façon que le trou 12 soit centré sur l'axe des poinçons 20 et 22. Au cours de la secon- de phase, comme on l'a indiqué sur la figure 2b, les deux blocs 16 et 18 se referment sur la plaque 2, tandis que le poinçon infé- rieur 22 descend par rapport à la surface du bloc 18 d'une dis- tance inférieure à l'épaisseur de la plaque 2, par exemple la moi- tié, et que le poinçon supérieur 20 a son petit cylindre 28 in- séré dans le trou 12. Au cours de cette phase, le poinçon supérieur 20 s'abaisse de façon que sa surface de pression dépasse de la surface du bloc 16 dans une mesure égale à l'abaissement du poin- çon inférieur 22. Au cours de cette phase, les surfaces de pres- sion des poinçons 20 et 22 découpent dans la plaque 2 une portion annulaire définie. Au cours de la phase suivante, comme on l'a in- diqué sur la figure 2c, les poinçons 20 et 22 se déplacent de-fa- çon que leurs surfaces de pression se placent dans le même plan que les surfaces en regard des blocs de serrage respectifs 16 et 18, ou en dépassent à peine. Au cours de cette phase, la matière décou- pée au cours de la phase précédente est ramenée dans sa position initiale et y est comprimée de façon à rester solidaire du reste de la plaque 2. On va se référer à présent à la figure 3. Un bottier réalisé selon l'invention est fixé, au moyen d'une vis 30, à un dissipateur de chaleur 32 sur une surface qui est, non pas parfai- tement plane comme cela serait désirable, mais légèrement concave. Pour des raisons de clarté de la représentation, on a exagéré cette concavité sur le dessin. Comme le fait ressortir la figure, le corps annulaire 14 a tendance, lorsqu'on serre la vis 30, à coulisser à l'intérieur de la surface de découpage cylindrique, de sorte que les sollicitations mécaniques qui sont transmises au res- te de la plaque 2 sont très inférieures à celles que l'on aurait si la plaque n'avait pas été traitée comme on l'a décrit précédem- 2559956 ment. La seule précaution évidente pour obtenir cet effet con- siste à utiliser une vis dont la tête est plus petite que le corps annulaire 14. Il y a en outre lieu de remarquer que l'adhérence du corps annulaire 14 à la surface de découpage est, grâce à la compression exercée sur la matière découpée au cours de la phase représentée sur la figure 2c, suffisamment élevée pour garantir une fixation efficace du bottier au dissipateur. Il va de soi que l'on peut apporter à la description précédente et au dessin annexé de nombreuses modifications de détail sans, pour cela, sortir du cadre de l'invention. Par exem- ple, la plaque métallique du bottier pourrait comporter plusieurs trous de fixation à un dissipateur et la portion découpée de la plaque pourrait avoir une forme différente de celle représentée. - REVENDICATIONS - 1.- Boîtier pour dispositif à semi-conducteur du ty- pe comprenant une plaque métallique (2) et un corps en résine synthétique (4) qui enrobe une partie de la plaque, en en laissant une grande face libre, ladite plaque comportant, dans la partie non incorporée dans le corps de résine, au moins un trou (12) permettant le passage d'un élément de fixation (30), caractérisé en ce que la plaque (2) présente, autour du trou (12), une portion (14) délimitée par une surface cylindrique dont les liaisons métal- lurgiques avec le reste de la plaque sont rompues, mais qui est en- core solidaire de la plaque. 2.- Procédé de fabrication d'un boîtier selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que la portion de la plaque qui entoure le trou est découpée, mais replacée avec compression dans la position initiale.