Brevet FR2554275A1 — publié le 19850503

"DISPOSITIF DE CONNEXION POUR UN SEMICONDUCTEUR DE PUISSANCE" La présente invention concerne un dispositif de connexion comportant un support plat en matériau isolant pour au moins un cristal semiconducteur muni de métallisa tions de contact sur une de ses faces dite faee avant, ledit support comportant des pistes conductrices sur une de ses faces, le cristal semiconducteur ayant sa face avant appliquée contre une autre face dudit support et des con nexions électriques étant assurées entre lesdites pistes conductrices et lesdites métallisations de contact au tra vers de trous traversant ledit support. De tels dispositifs sont utilisés en microélectroni que lorsque l'on désire obtenir une densité importante de composants dans des systèmes complexes. Un tel dispositif est décrit, par exemple, dans la demande de brevet allemand O.S. 28 10 054. Un problème particulier se pose lorsque le circuit à réaliser comporte des semiconducteurs de puissance, des quels une quantité importante de chaleur doit être évacuée, de préférence par leur face arrière. tes techniques décri tes dans le document cité plus haut ne permettent pas de réaliser facilement un couplage thermique entre les cris taux semiconducteurs et un radiateur métallique externe. L'invention se propose de rémédier à cet inconvé nient et de procurer un dispositif qui permet de transfé rer, avec une faible résistance thermique, des calories de la face arrière d'un cristal semiconducteur porté par le support vers un radiateur plat sur lequel -est fixé le sup port. L'invention repose sur l'idée d'insérer dans l'épais- seur du support un empilage constitué du cristal semiconduc teur et d'une plaquette mince fixée au dos du cristal, transmettant bien la chaleur, la face de cette plaquette opposée à celle qui est fixée au cristal affleurant le plus exactement possible au niveau de la face arrière du support. Un dispositif selon l'invention est ainsi notamment remarquable en ce que le support est pourvu, sur la face opposée à celle portant lesdites pistes conductrices, d'au moins une première cavité de profondeur comprise entre 0,1 et 0,5 millimètre et de surface sensiblement plus grande que la surface dudit cristal, le fond de cette cavité étant lui-même creusé d'une deuxième cavité dont la surface est pratiquement égale à celle dudit cristal et dont la profondeur est pratiquement égale à l'épaisseur dudit cristal, lesdits trous traversant le support étant disposés de façon à déboucher dans le fond de la deuxième cavité, et en ce qu'une plaquette support auxiliaire d'épaisseur et de surface pratiquement égales respectivement à la profondeur et à la surface de la première cavité est logée dans cette cavité, ledit cristal étant fixé par sa face arrière sur cette plaquette, en correspondance avec la deuxième cavité et logé dans cette dernière. Très souvent, des cristaux semiconducteurs dégageant de la chaleur sont pourvus sur leur face arrière d'une métallisation qui doit être raccordée électriquement au circuit. Alors, la plaquette auxiliaire est avantageusement métallisée et un trou traversant supplémentaire débouche dans le fond de la première cavité, à côté de la deuxième cavité. Cette disposition permet d'établir une connexion, via ledit trou supplémentaire et la métallisation de la plaquette, entre la face arrière du cristal et les pistes conductrices du support. Afin de réaliser un circuit complexe pouvant comporter une quantité d'éléments actifs ou passifs en association avec le cristal semiconducteur de puissance, un dispositif selon l'invention est également remarquable en ce que le support est en céramique de type adapté à la réalisation de pistes conductrices dites "en couche épaisse", et en ce que la plaquette est en céramique à haute conductibilité thermique. Un tel dispositif peut être muni en outre d'au moins un composant rapporté à plat sur sa face munie de pistes conductrices et/ou de pistes résistives interconnectant certaines des pistes conductrices. Le dispositif selon l'invention permet de réaliser de façon particulièrement économique des ensembles associant un circuit de commande ou de calcul complexe et des éléments de puissance commandés par lesdits circuits de commande, ledit ensemble étant rapporté en une fois sur un radiateur qui en évacue la chaleur. De tels ensembles sont fréquemment utilisés entre autres dans l'électronique automobile, dans les systèmes audio ou vidéo, dans des actuateurs de servomécanismes, etc... La description qui va suivre, en regard des figures décrivant des exemples non limitatifs, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente les deux faces (A et B) d'un support nu destiné à être utilisé dans l'invention. La figure 2A représente une vue agrandie des cavités et trous dont est muni le support. La figure 2B est une coupe le long de la ligne C de la figure 2A. La figure 3 représente une coupe d'un dispositif terminé, à la même échelle que celle de la figure 2B. Sur la figure 1, est représenté un substrat en céramique. Ce substrat aux dimensions habituelles de 50,8 x 50,8 x 0,762 mm est constitué d'une céramique, par exemple "Rubalit 788 vendue par la firme ROSENTHAL, adaptée au dépôt par sérigraphie de couches conductrices ou résistives dites "couches épaisses". Il se différencie des substrats connus, habituellement utilisés pour la réalisation de circuits dits "hybrides", en ce qu'il comporte, sur la face opposée à celle destinée au dépôt de pistes conductrices en couche épaisse, au moins une première cavité 2 de profondeur comprise entre 0,1 et 0,5 mm et de surface sensiblement plus grande que celle d'un cristal semiconducteur de puissance que l'on désire utiliser dans le circuit.Le fond de cette cavité est lui-même creusé d'une deuxième cavité 3 dont la surface est pratiquement égale à celle du susdit cristal, et dont la profondeur est pratiquement égale à l'épaisseur de ce même cristal. Les figures 2A et 2B représentent ces mêmes cavités à beaucoup plus grande échelle. Le support est muni de trous 5 qui le traversent et sont disposés de façon à déboucher dans le fond 7 de la deuxième cavité 3. Un trou traversant supplémentaire 4 débouche, lui, dans le fond 6 de la première cavité 2 à côté de la deuxième cavité 3. Ce trou est, de préférence, de forme évasée, plus ouvert du côté de la face portant les pistes conductrices. La figure 3 représente une coupe selon la ligne C de la figure 2A, effectuée dans un dispositif terminé. Le support 1 muni de ses cavités a été pourvu de pistes conductrices 11 sur une de ses faces, et le cristal semiconducteur 10 a sa face. avant appliquée contre une face du support et collée au moyen d'une résine préalablement déposée, par exemple au tampon, sur cette face (7 sur la figure 2B). Des connexions électriques sont assurées entre les pistes conductrices 11 et les-métallisations de contact du cristal 10, au travers des trous du support, au moyen d'un matériau conducteur de l'électricité 8. Le support 1 est avantageusement utilisé comme un support ordinaire pour recevoir un ou des composants discrets miniatures reportés à plat, tel le bottier référencé 13, et une ou plusieurs pistes résistives 12 interconnectant certaines des pistes conductrices 11. Le matériau conducteur 8 est constitué de préférence par de la soudure étain-plomb. Celle-ci sert à fixer et connecter les composants tels que celui référencé 13 et, lors de la même étape de fabrication, elle est également déposée de façon à relier certaines parties des pistes 11 aux métallisations du cristal 10, via les trous dans le support 1. Ces métallisations sont de préférence constituées de couches adaptées à la soudure à l'étainplomb, comportant par exemple une couche barrière en nickel. Une plaquette-support auxiliaire 9 d'épaisseur et de surface pratiquement égales respectivement à la profondeur et à la surface de la première cavité 2 est logée dans cette cavité. Le cristal 10 est fixé par sa face arrière à cette plaquette, en correspondance avec la deu xième cavité 3, et est logé dans cette dernière. La face de la plaquette 9, opposée à celle qui est fixée au cristal 10, affleure le plus exactement possible au niveau de la face arrière 14 du support afin d'assurer un bon contact thermique avec un radiateur (non représenté) sur lequel est appliqué l'ensemble du dispositif. La fixation entre le cristal 10 et la plaquette 9 peut être assurée par collage. De préférence, cependant, la plaquette 9 est métallisée sur la plus grande partie de sa surface, par exemple au moyen d'une pâte tungstènemolybdène déposée de façon connue avant le frittage de la plaquette, et rechargée à l'or, et le cristal 10 peut alors être soudé sur la plaquette. L'homme du métier a, pour ce faire, le choix entre plusieurs associations intermétalliques bien connues. Un contact électrique est alors assuré entre la face arrière du cristal 10 et l'une des pistes conductrices 11 par l'intermédiaire de la métallisation 15 de la plaquette 9 et de la soudure 8 remplissant le trou 4. La plaquette 9 est avantageusement réalisée en céramique. Afin d'obtenir la meilleure conduction thermique possible, l'épaisseur de la plaquette et la profondeur de la cavité 2 doivent être aussi faibles que les contraintes mécaniques, concernant en particulier la manipulation de cette plaquette, le permettent. Une épaisseur de l'ordre de 0,3 mm est une bonne valeur. La plaquette n'étant pas destinée à recevoir des pistes sérigraphiées, son état de surface n'est pas critique et cette considération autorise l'emploi de céramiques particulières à conduction thermique élevée. Une céramique convenable est par exemple disponible sous la référence RUBALIT 717" auprès de la firme commerciale ROSENTHAL. Il est bien évident que tout dispositif réalisé avec des matières ou selon des procédés équivalents à ceux décrits ci-dessus ne sortiraient pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS : 1. Dispositif de connexion comportant un support (1) plat en matériau isolant pour au moins un cristal semiconducteur (10) muni de métallisations de contact sur une de ses faces dite "face avant", ledit support comportant des pistes conductrices (11) sur une de ses faces, le cristal semiconducteur ayant sa face avant appliquée contre une autre face (7) dudit support et des connexions électriques étant assurées entre lesdites pistes conductrices et lesdites métallisations de contact au travers de trous (5) traversant ledit support, caractérisé en ce que le support est pourvu, sur la face opposée à celle portant lesdites pistes conductrices, d'au moins une première cavité (2) de prodondeur comprise entre 0,1 et 0,5 millimètre et de surface sensiblement plus grande que la surface dudit cristal, le fond de cette cavité étant luimême creusé d'une deuxième cavité (3) dont la surface est pratiquement égale à celle dudit cristal et dont la profondeur est pratiquement égale à l'épaisseur dudit cristal, lesdits trous traversant le support étant disposés de façon à déboucher dans le fond de la deuxième cavité, et en ce qu'une plaquette support auxiliaire (9) d'épaisseur et de surface pratiquement égales respectivement à la prodondeur et à la surface de la première cavité est logée dans cette cavité, ledit cristal étant fixé par sa face arrière sur cette plaquette, en correspondance avec la deuxième cavité et logé dans cette dernière. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaquette auxiliaire est métallisée et en ce qu'un trou traversant supplémentaire (4) débouche dans le fond de la première cavité, à côté de la deuxième cavité. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit trou supplémentaire est de forme évasée, plus ouvert du côté de la face portant les pistes conductrices. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support et la plaquette sont tous deux en céramique. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le support est en céramique de type adapté à la réalisa tion de pistes conductrices dites "en couche épaisse", et en ce que la plaquette est en céramique à haute conductibilité thermique. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support est muni en outre d'au moins un composant (13) rapporté à plat sur sa face munie de pistes conductrices et/ou de pistes (12) résistives interconnectant certaines des pistes conductrices.