Brevet FR2560814A1 — publié le 19850913

La présente invention a.trait en général au moulage d'objets en ma- tière plastique comportant des éléments métalliques noyés et saillants, et plus particulièrement à l'encapsulage de dispositifs électroniques semi- conducteurs dans une matière plastique. Dans l'encapsulage d'un dispositif semiconducteur ou circuit intégré assemblé sur un chassis métallique conducteur utilisé pour réaliser des connexions électriques extérieures, le dispositif et le châssis conducteur sont placés dans une empreinte du moule de façon que les conducteurs émer- gent de cette cavité. Le moule est chauffé et la matière plastique est in- jectée dans le moule à l'état liquide ou semi-liquide sous très forte pres- sion. Alternativement, on introduit la matière plastique dans une empreinte à l'intérieur du moule sous forme de plusieurs petites billes, perles ou particules, puis on chauffe l'ensemble. En raison de sa fluidité, la ma- tière plastique s'écoule hors du moule à travers toute fissure résultant d'une imperfection du joint. Attendu que le chassis métallique conducteur sur lequel se ferment les parties du moule ne comporte pas généralement de tolérances très serrées, les variations d'épaisseur qu'il présente empê- chent les parties du moule de se fermer uniformément sur toutes les zones désirées du châssis conducteur, ce qui laisse subsister des zones o la matière plastique sous forte pression sera éjectée autour des conducteurs. Lorsque la matière plastique durcit, non seulement elle entoure le dispo- sitif semiconducteur ou circuit intégré ainsi que les parties désirées du châssis conducteur, mais elle recouvre également des parties du chassis conducteur que l'on souhaite laisser à nu. Autrement dit, l'écoulement forcé de la matière plastique hors de l'empreinte du moule laisse subsister une bavure de matière plastique ou un recouvrement non prévu de certaines parties du châssis métallique conducteur ou de la pièce noyée dans la ma- tière plastique. Bien que différents procédés visant à supprimer cette bavure indési- rable soient connus dans l'art, il existe une demande pour un procédé et des éléments de moules qui assurent une étanchéité plus proche de la per- fection de ces éléments, surtout aux endroits o ils enserrent le châssis métallique conducteur ou les pièces noyées dans la matière de moulage, afin que l'écoulement forcé et la bavure qui en résulte soient pratiquement éliminés. Conformément à un premier mode de réalisation de la présente inven- tion, il est prévu un procédé et un appareil perfectionnés pour effectuer le moulage de petits objets comportant des éléments noyés dans la masse de moulage. 25608 14 2- Un autre but de l'invention consiste à prévoir un appareil perfec- tionné de moulage pour le moulage, avec éléments noyés, de dispositifs électroniques semiconducteurs et de circuits intégrés. Par ailleurs, la présente invention a pour objet de prévoir un procé- dé et un appareil de moulage de type perfectionné pour empocher la matière plastique de moulage de coller aux conducteurs qui émergent de l'objet en cours d' encapsulage. En outre, l'invention a pour objet de prévoir un procédé et un ap- pareil de moulage qui garantissent un joint pratiquement étanche entre les éléménts du moule et des parties des pièces à noyer dans l'objet moulé. Conformément à un mode préféré de réalisation de la présente inven- tion, les zones des éléments ou parties de moule qui enserrent le chassis métallique conducteur sont pourvues d'une substance de scellement qui est plus molle mais possède un coefficient de dilatation plus élevé que le corps du moule. Lorsque la pièce rapportée ou noyée est enserrée dans le moule et que l'on chauffe l'ensemble jusqu'à la température de moulage, la différence de dilatation thermique entre le moule et la matière de scellement produit un joint absolument étanche entre le moule et la chas- sis métallique conducteur ou pièce rapportée ou moulée dans la masse. Conformément à un autre mode possible de réalisation de la présente invention, il est prévu de placer un joint plastique de scellement aux en- droits o les éléments métalliques du moule enserrent le chftssis conducteur d'un dispositif électronique semiconducteur ou circuit intégré. Attendu que le joint plastique est plus mou et possède un coefficient de dilata- tion plus élevé que les éléments métalliques du moule, le chauffage de l'ensemble à la température de moulage se traduit par la formation d'un joint pratiquement exempt de bavures entre le moule et le chassis métal- lique noyé dans la masse de moulage. Ainsi, on élimine presque totalement la formation d'une bavure indésirable tout en évitant d'avoir à observer des tolérances serrées pour les châssis conducteurs, ce qui permet d'adop- ter des tolérances un peu moins rigoureuses pour les moules proprement dits. Ces différents buts, caractéristiques et avantages de l'invention, ainsi que d'autres encore, ressortiront davantage au cours de la descrip- tion plus détaillée de l'invention qui est donnée ci-après avec référence au dessin, sur lequel: La FIGURE 1 est une vue en perspective d'un objet moulé avec pièce rapportée, o l'on voit une partie moulée en matière plastique et plusieurs conducteurs métalliques exposés ou nus; 25608 14 -3 - La FIGURE 2 est une vue en perspective montrant les parties supérieu- re et inférieure d'un moule destiné à la mise en oeuvre de la présente in- vention en vue de réaliser l'objet moulé de la Figure 1, et La FIGURE 3 est une vue partielle en coupe transversale montrant com- ment les parties du moule de la Figure 2 s'ajustent autour de l'objet (chassis conducteur) de la Figure 1. Si l'on se réfère tout d'abord à la Figure 1, on y voit en perspec- tive et coupe un objet moulé avec pièce rapportée noyée dans la masse de moulage, celle-ci étant désignée en 1 et entourant une pièce métallique rapportée comportant plusieurs conducteurs 3 maintenus solidaires entre eux pendant l'opération de moulage par des parties orthogonales 5 sur les- quelles viennent prendre appui les deux moitiés du moule. Dans le cas oh l'objet moulé avec pièce rapportée serait un dispositif électronique semi- conducteur ou un circuit intégré, les éléments 3 et 5 comprendront un chas- sis conducteur sur lequel le dispositif semiconducteur est monté avant d'être noyé ou encapsulé dans la matière plastique ou le corps 1. Des ou- vertures 7 permettent aux conducteurs 3 d'être isolés électriquement en sectionnant des parties de la surface métallique de scellement 5 du chas- sis conducteur après moulage du dispositif. Si l'on se reporte maintenant à la Figure 2, on y voit la partie su- périeure 10A et la partie inférieure 10B d'un moule qui convient pour la formation de l'ensemble moulé de la Figure 1. Les cavités ou empreintes 11A et 11B sont usinées respectivement dans la partie supérieure 1IA et la partie inférieure lOB du moule. Les spécialistes dans l'art comprendront que, dans un seul moule, il peut y avoir de nombreuses empreintes de ce type afin de permettre la production d'une multitude d'objets moulés dans une seule opération. Autrement dit, dans le cas de dispositifs semiconduc- teurs, par exemple, on fixera à un chassis métallique conducteur unique plusieurs dispositifs semiconducteurs ou circuits intégrés qui seront tous noyés dans la matière plastique de moulage 1 de la Figure 1 au cours de l'opération de moulage. Pour simplifier le dessin, ces empreintes multi- ples n'ont pas été représentées sur la Figure 2, de même que les divers trous de coulée, évents et passages indispensables pour contr81er l'écou- lement de la matière plastique fluide ou semi-fluide. Ces trous, évents et passages sont également usinés dans les surfaces des parties de moule pen- dant leur fabrication. Si l'on se reporte à la Figure 3, on voit que les parties 10A et lOB du moule sont représentées dans la position o elles se trouvent de part et d'autre du chassis conducteur 3 qui constitue la pièce rapportée ou -4 - à noyer par moulage dans la masse de matière plastique. Il convient de rap- peler ici que le chiffre de référence 1 désigne le corps en matière plas- tique qui doit 9tre formé sur la pièce métallique rapportée au cours de l'opération de moulage. Sur la Figure 3, les parties coopérantes du moule sont représentées pour plus de clarté dans une position o elles sont légèrement écartées entre elles. Avant de procéder à l'opération de moulage proprement dite, ces parties du moule doivent être énergiquement serrées sur la pièce métallique à noyer afin de confiner la matière plastique de moulage en substance dans les empreintes 11A et 11B du moule. Dans un châssis conducteur important comprenant de nombreux dispositifs électroni- ques ou circuits intégrés, la variation d'épaisseur du châssis conducteur sur toute la surface du moule se traduira, malgré un serrage énergique, par quelques zones et plusieurs ouvertures ou fentes à travers lesquelles la matière plastique de moulage à haute température et sous forte pression pourra éventuellement s'écouler hors de l'endroit o l'on désire obtenir l'étanchéité. Dans le cas de dispositifs électroniques semiconducteurs ou de circuits intégrés, la matière plastique de moulage est d'ordinaire cons- tituée par une résine époxy (ou selon une autre formulation de matière plastique) qui adhère fortement au châssis métallique conducteur afin d'as- surer l'étanchéité recherchée. Dans le cas de fuite indésirable, il est difficile d'enlever la bavure fortement adhérente qui en résulte, ce qui nuit à l'économie du procédé. Conformément à la présente invention, des moyens d'étanchéité possé- dant un coefficient de dilatation thermique supérieur à celui de la ma- tière métallique qui constitue le moule proprement dit sont prévus sur la surface du moule et autour de l'empreinte dans laquelle on désire confiner le composé de moulage. De préférence, ces moyens d'étanchéité sont situés sur la surface de chacune des parties coopérantes du moule aux endroits o la présence de bavures serait la plus nocive. Les moyens d'étanchéité sont également choisis de manière qu'ils soient sensiblement plus mous que le moule proprement dit, On a constaté qu'une matière qui convient en tant que moyen d'étanchéité est une matière plastique. Sur la Figure 2, deux bandes 12 en matière plastique font légèrement saillie surchaque surface des deux parties du moule, à proximité immédiate des bords longitudinaux des empreintes 11A et 11B. Comme le montre le dessin d'une façon assez schématique, ces bandes 12 de matière plastique peuvent être ancrées, com- me indiqué, aux extrémités du moule ou bien logées dans des gorges usinées dans les surfaces en regard des deux parties du moule, avec d'autres ca- ractéristiques appropriées. Attendu que ces moyens d'étanchéité sont sen- 25608 14 - 5 - siblement plus mous que le moule proprement dit, ils s'useront plus rapide- ment et sont destinés à être remplacés à des intervalles appropriés. Les moyens d'étanchéité 12 sont insérés dans les surfaces correspondantes du moule/de préférence après l'usinage des cavités, trous, évents, etc.. En- suite, on peut recourir à une opération finale d'usinage pour achever tant la surface des parties du moule que la surface des moyens d'étanchéité en matière plastique. Dans l'utilisation pratique, les parties du moule sont serrées autour de la pièce métallique rapportée ou du châssis conducteur. Les moyens d'é- tanchéité 12 s'appliqueront hermétiquement contre les zones les plus épais- ses du châssis conducteur. Puis, pendant que l'ensemble est chauffé jus- qu'à atteindre la température necessaire pour assurer le moulage propre- ment dit, d'ordinaire entre 150 et 180oC, la différence de dilatation ther- mique entre la matière de moulage proprement dite et celle de la matière d'étanchéité réalise un joint pratiquement hermétique entre le moule et la pièce rapportée. Ainsi, on empêche en substance toute fuite et les bavures indésirables qui en résulteraient inévitablement. Bien que l'invention ait été représentée et décrite en se référant à un mode préféré de réalisation, il apparaîtra clairement à tout spécia- liste dans l'art que diverses variantes et modifications pourront être ap- portées dans la mise en oeuvre pratique de l'invention sans s'écarter ce- pendant des principes de base de celle-ci. Par exemple, les bandes en ma- tière plastique 12 peuvent 9tre réalisées en Téflon. De plus, on peut aus- si réaliser ces moyens d'étanchéité ou bandes 12 dans un matériau métal- lique de faible dureté au lieu d'une matière plastique. - 6 - R E V E N D I CA TIONS 1. Appareil de moulage pour entourer partiellement une pièce métal- lique rapportée (3) dans une masse de matière plastique, cet appareil com- prenant deux parties (10A, lOB) de moule métallique, lesquelles sont com- plémentaires et présentent deux surfaces dans chacune desquelles est formée une empreinte de moulage (11A, 11B), cet appareil étant caractérisé par le fait qu'un moyen d'étanchéité est fixé à chacune desdites surfaces pour serrer la pièce métallique rapportée (3) dans ledit appareil de moulage, ce moyen d'étanchéité étant constitué par une matière ayant un coefficient de dilatation thermique supérieur à celui de la matière constitutive du moule métallique. 2. Appareil de moulage selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen d'étanchéité (12) est composé d'une matière plus molle que la matière constitutive du moule métallique. 3. Appareil de moulage selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que la matière d'étanchéité est une matière plastique. 4. Appareil de moulage selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que plusieurs dispositifs semiconducteurs sont montés sur ladite pièce métallique rapportée (3) qui comprend un chassis métallique unitaire, chacune des parties du moule (10A, lOB) présentant une surface pourvue de multiples empreintes pour entourer les dispositifs semiconducteurs. 5. Appareil de moulage selon la Revendication 4, caractérisé par le fait que le moyen d'étanchéité (12) comprend une matière plus molle que celle desdites parties du moule (10A, lOB). 6. Appareii de mpulage selon la Revendication 4, caractérisé par le fait que le moyen d'étanchéité (12) consiste en une matière plastique. 7. Appareil de moulage selon la Revendication 6, caractérisé par le fait que la matière d'étanchéité se compose de bandes de matière plastique (12) disposées le long de chacune des multiples empreintes (11A, 11B) du moule. 8. Appareil de moulage selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que ledit moyen d'étanchéité (12) est réalisé en Téflon. 9. Appareil de moulage selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que ledit moyen d'étanchéité (12) se compose d'une matière métallique à faible dureté. 10. Procédé pour réaliser des moulages avec des pièces métalliques (3) noyées dans la matière de moulage (1) et pratiquement exemptes de ba- vures suivant les Revendications 1 à 9, ce procédé utilisant des moules en deux parties (10A, 10B) comportant chacune au moins une empreinte (11A, 11B) 25608 14 -7- correspondant à l'objet à mouler, ce procédé étant caractérisé par les phases qui consistent à: a) disposer des moyens d'étanchéité (12) sur les surfaces en re- gard des parties de moule (10A, lOB), à proximité de l'empreinte (11A, 11B), ces moyens d'étanchéité (12) ayant un coefficient de dilatation thermique supérieur à celui des composants métalliques du moule; b) serrer les pièces métalliques (3) entre les deux moitiés du moule métallique (10A, 10B) et les moyens d'étanchéité (12), et c) élever la température des parties de moule (10A, 10B) des moyens d'étanchéité (12) et des pièces métalliques (3) à noyer par moulage dans la matière plastique, de manière à obtenir un joint pratiquement exempt de toute fuite vers l'extérieur desdites empreintes entre les empreintes et les extrémités de la pièce métallique.