Brevet FR2601818A1 — publié le 19880122

La présente invention concerne un dispositif semiconducteur qui comprend une embase, une plaque de montage fixée sur ladite embase, et un dispositif semiconducteur fixé à la plaque de montage. Lors du montage des dispositifs semiconducteurs sur des embases, se pose 5 le problème relatif à la précision de l'alignement du dispositif semiconducteur par rapport à l'embase. En particulier, des lasers semiconducteurs à haute énergie doivent être montés de façon que la configuration du rayonnement du champ éloigné du laser ne subisse pas de distorsion, et, en outre, que l'on réalise une dissipation thermique convenable. Un laser semiconducteur comprend, de façon typique, un corps ayant une paire de surfaces d'extrémité opposées avec au moins une surface d'extrémité d'émission. Le corps possède un substrat muni d'une couche de puissance et de séparation, une première couche d'enrobage surmontant la couche de puissance et de séparation, une région active surmontant la première couche d'enrobage, une 15 seconde couche d'enrobage surmontant la région active, et une couche de couverture surmontant la seconde couche d'enrobage avec des contacts électriques vers le substrat et la couche de couverture. Tout d'abord, de la chaleur est engendrée dans la région active, qui présente typiquement la forme d'une nervure, pouvant présenter une largeur de l'ordre de 3 pm ou moins, dans la direction latérale, 20 la direction à la fois du plan des couches et du plan des surfaces d'extrémité. Lorsque le laser est monté sur la surface d'une embase, la face d'extrémité émettrice doit être coplanaire avec, ou s'étendre au-delà, du bord antérieur de l'embase, de manière à empêcher les réflections de la lumière du laser par la surface de l'embase, qui seraient susceptibles de faire subir des dis25 tortions à la configuration du rayonnement du champ éloigné du laser. Généralement, les exigences de source froide nécessitent que la surface d'extrémité émettrice ne s'étende pas de plus de 2 pm au-delà du bord de la surface de l'embase. En pratique, de telles exigences sont difficiles à remplir, étant donné que le bord d'une embase standard, lorsqu'on l'examine au microscope, présente un aspect rugueux et nécessite, en conséquence, un polissage de manière à obtenir un bord perpendiculaire lisse pour le montage. Ce polissage enlève la finition de placage de l'embase, ce qui rend nécessaire des opérations additionnelles de placage, impliquant des temps de travail et des coûts supplémentaires. Après les opérations de polissage et de placage, le laser est soudé sur 35 l'embase. Des procédés de soudure classiques de dispositifs semiconducteurs sont indésirables, étant donné que ces procédés placent le dispositif au milieu de la soudure fondue et déplacent ainsi la soudure autour des bords du dispositif. De façon typique, la soudure environnante raccourcit les diverses couches semiconductrices, étant donné qu'un laser à forte puissance est monté typiquement 2 2601818 de façon que le contact électrique opposé au substrat soit soudé sur l'embase et que les couches semiconductrices présentent une épaisseur minimale. En conséquence, la surface de l'embase est mouillée, de façon typique, à l'aide d'une mince couche de soudure à l'indium, et ensuite, le laser est graduellement posi5 tionné sur la surface de manière que-la surface d'extrémité émettrice soit coplanaire avec l'arête antérieure de la surface de l'embase. Ces problèmes montrent qu'il est préférable de disposer d'un procédé économique et efficace pour réaliser le montage de dispositifs semiconducteurs sur des embases. Cette invention a donc pour premier objet un -dispositif semiconducteur qui comprend une embase et une plaque de montage munie de moyens pour positionner la plaque de montage par rapport à l'embase, avec une première surface de montage de la plaque fixée sur l'embase et une seconde surface de montage sur laquelle est fixé le dispositif semiconducteur. Le dispositif semiconducteur est réalisé en formant la plaque de montage, en positionnant la plaque de montage par rapport à l'embase, en fixant la première surface de montage de la plaque sur l'embase, et en fixant le dispositif semiconducteur sur la seconde surface de montage de la plaque. Selon un second procédé, le dispositif semiconducteur est réalisé en dé20 limitant et en décapant, par attaque chimique, une plaque de montage, en fixant une première surface de montage de la plaque sur une embase, et en fixant le dispositif semiconducteur sur une seconde surface de montage de la plaque. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence au dessin annexé, qui en illustre 25 un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur le dessin: - la Figure 1 est une vue en section droite du dispositif semiconducteur selon cette invention; - la Figure 2 est une vue en perspective d'une plaque de montage selon cette invention. Sur la Figure 1, on voit qu'un dispositif semiconducteur 10, mettant en oeuvre la présente invention, comprend une embase 12, comportant une plaque de base 13 ayant une première surface principale 14 et une seconde surface principale 16. Un goujon 20 est fixé sur la première surface principale 14, et un bloc de montage 22 est fixé sur la seconde surface principale 16. Un conducteur 24 35 s'étend au travers du goujon 20 et dela plaque d'embase 13, dont il est isolé électriquement par l'intermédiaire d'un matériau isolant 26. Une plaque de montage 30 possède une première surface principale de montage 32, fixée sur le bloc de montage 22, et une seconde surface principale de montage 34, sur laquelle est fixé le dispositif semiconducteur 36. 3 2601818 La plaque de base 13, le goujon 20 et le bloc de montage 22 sont formés, de façon typique, d'un matériau électriquement conducteur, tel que le cuivre, le goujon 20 et le bloc de montage 22 étant fixés à la plaque de base 13 par brasage. Le matériau isolant 26, par exemple du verre ou une matière plastique d'enrobage, est introduit de manière à supporter le conducteur 24 et à réaliser une isolation électrique par rapport à la plaque de base 13 et du goujon 20. Généralement, le dispositif semiconducteur 36 est un dispositif électro-optique, tel qu'un laser d'injection à semiconducteur. Sur la Figure 2, la plaque de montage 30 comprend une plateforme 40, munie de moyens 42 pour positionner la plaque 30 par rapport au bloc de montage 22, et de moyens 44 pour manipuler la plaque 30. Les moyens de positionnement 42 sont réalisés de préférence sous la forme d'une paire de pattes qui s'étendent à partir d'un bord de la plaque 30, dans une direction perpendiculaire aux première et seconde plaques de montage 32 et 34, respectivement. Les moyens de ma15 nipulation 44 sont réalisés de façon typique sous la forme d'une patte qui s'étend à partir d'un bord de la plaque 30, dans une direction opposée à celle des moyens de positionnement 42. La plaque 30 est formée d'un matériau électriquement conducteur, tel que du beryllium-cuivre, de l'argent, ou, de façon typique, d'une feuille de cuivre. 20 La plateforme 40 présente, typiquement, une épaisseur de l'ordre de 250 pm ou moins, et comprise de préférence entre 25 et 125 pm. Lorsque la plateforme 40 présente une épaisseur minimale, la chaleur est tout d'abord transférée directement au travers de la plaque 30 vers le bloc de montage 22, la dissipation thermique étant minimale au travers de la plaque 30. En variante, lorsque l'épaisseur 25 de la plaque 30 est suffisante, la chaleur est transférée au travers de la plaque , ce qui procure une zone de surface plus importante ayant pour résultat un flux thermique plus grand vers le bloc de montage 22, qui constitue la source froide primaire. Avec la présence de la plaque 30, ce flux thermique plus important est préférable, étant donné que la chaleur doit ensuite traverser deux jonc30 tions de soudure qui existent entre le dispositif 36 et la plaque 30, et entre la plaque 30 et le bloc de montage 22. Ces jonctions de soudure ne sont pas-autant thermiquement conductrices que la plaque de montage 30 et le bloc de montage 22, et, par conséquent, elles procurent une moindre dissipation thermique du dispositifsemiconducteur 10. Par conséquent, il est préférable de prévoir des plate35 formes 40 ayant une épaisseur d'au moins 25 pm pour obtenir une dissipation thermique au travers de toute la plaque, bien qu'avec des plateformes 40 ayant une épaisseur supérieure à 250 pm, il soit difficile d'obtenir des arêtes vives sur la plaque 30, lorsqu'elles sont définies par des techniques de microlithographie. 4 2601818 La plaque 30 est formée à partir d'une feuille d'un matériau approprié en utilisant des techniques de traitement classique, telles que la photolithographie, ou de décapage par voie chimique, notamment par un procédé de traitement de surface par faisceau ionique, et toute technique similaire. Typiquement, 5 un enduit photorésistant est appliqué, exposé, développé, et la feuille est ensuite décapée chimiquement à l'aide d'une solution, notamment du chlorure ferrique. Ces techniques, à la différence de l'état antérieur de la technique, permettent d'obtenir une arête vive pour le montage du dispositif 36. Par exemple, - les bords antérieurs d'embases, usinés de façon précise, présentent typiquement 10 un rayon de l'ordre de 12 pm, ce qui rend difficile un alignement de la surface d'extrémité émettrice sur une distance de 2 pm du bord antérieur de l'embase. En outre, même un usinage de précision laisse des ébarbures qui s'étendent jusqu'à une distance d'environ 5 Mm à partir de la surface de l'embase. Par conséquent, on doit interposer une couche de soudure ayant une épaisseur de l'ordre de 5 Pm 15 entre le dispositif et l'embase, bien qu'une épaisseur de 1 à 2 jm de soudure soit désirable pour assurer la dissipation thermique. En outre, les procédés d'usinage utilisent, de façon typique, des grains de polissage en oxyde d'aluminium ou en carbure de silicium qui laissent subsister des particules noyées ou enrobées dans la surface, empêchant un placage ou un soudage uniforme. Au 20 contraire, le procédé objet de cette invention permet de réaliser des plaques présentant une arête antérieure ayant un rayon de l'ordre de 2 pm, ce qui facilite l'alignement de la face d'extrémité émettrice avec le bord antérieur de la plaque. La plaque est également exempte d'ébarbures détectables et de particules noyées dans sa surface. Par ailleurs, les plaques réalisées par ce procédé peuvent 25 être produites en quantité, en même temps, avec des caractéristiques relativement constantes, alors qu'avec un procédé d'usinage classique, les plaques sont formées par séquences, avec des quantités qui varient. Généralement, la plaque 30 est formée de mani&re que la longueur et la largeur de la seconde surface de montage 34 soient comprises entre environ 1,5 30 et 3,0 fois les valeurs de la longueur et de la largeur du dispositif semiconducteur 36. Par exemple, un laser présente typiquement une largeur de l'ordre de 200 pm et une longueur de 300 Mm environ; par conséquent, la largeur de la plaque 30 est comprise typiquement entre 300 et 600 pm environ, et sa longueur entre 450 et 900 pm environ. Bien que des dimensions et des géométries différentes 35 de plaques puissent être formées, en vue de répondre à diverses exigences de source froide et de formes d'embases, on peut typiquement utiliser une géométrie de plaque unique 30 pour toute une variété de dispositifs semiconducteurs et d'embases. Leú plaques sont ensuite recourbées, afin de former les moyens de positionnement 42 et les moyens de manipulation 44. Les plaques sont ensuite 2 601818 plaquées à l'aide d'une couche de l'ordre de 2,0 pm de nickel et d'environ 1,0 à 2,0 d'étain, et ensuite elles sont séparées les unes des autres. La plaque 30 est positionnée sur le bloc de montage 22 par préhension mécanique des moyens de manipulation 44. Les moyens de positionnement 42 aident à orienter la plaque 30 par rapport à un bord antérieur du bloc de montage 22, ladite arête antérieure du bloc de montage 22 étant l'arête qui relie une surface de bloc 22, qui est fixée à la première surface principale de montage 32, à une surface adjacente du bloc 22, Un système de fixation de matrice assure ensuite le positionnement du dispositif 36 de manière qu'une surface d'extré10 mité soit positionnée de façon sensiblement coplanaire avec un bord antérieur de la plaque 30, ladite arête antérieure étant la surface qui s'étend entre la première surface principale de montage 32 et la seconde surface principale de montage 34. La surface d'extrémité du dispositif 36 peut s'étendre au-delà de l'arête antérieure de la plaque, sur une distance d'environ 2 pm; tout en étant 15 encore considérée comme étant dans une position coplanaire. La première surface de montage 32 est fixée sur le bloc de montage 22, et, simultanément, le dispositif 36 est fixé sur la seconde surface de montage 34, en chauffant la plaque 30 à une température de l'ordre de 300 C, par exemple par un système de chauffage à bandes. En variante, la plaque 30 peut être fixée en premier lieu sur le 20 bloc de montage 22, ou bien le dispositif 36 peut être fixé en premier lieu sur la plaque. Un fil de liaison est ensuite connecté électriquement, à partir du conducteur 24, au dispositif semiconducteur 36. Les bords ou arêtes vifs de la plaque 30 éliminent la nécessité d'obtenir des arêtes bien délimitées et définies sur le bloc de montage 22, ce qui élimine 25 la nécessité de prévoir des opérations supplémentaires de polissage et de placage. Par ailleurs, étant donné qu'une épaisseur de placage désirée a été formée sur la plaque 30 par l'opération de soudage simultanée, on élimine les procédés et techniques antérieurs qui prenaient du temps et qui, par ailleurs, raccourcissaient les couches du dispositif semiconducteur 36. Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation et de mise en oeuvre décrits ci-dessus, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. 6 2601818 REVENDICATIONS 1 - Dispositif semiconducteur caractérisé en ce qu'il comprend: une embase (12); une plaque de montage (30) ayant des première et seconde surfaces principales de montage opposées (32, 34), la première surface de montage (32) étant fixée à l'embase, des moyens (42) pour positionner ladite plaque de mon5 tage par rapport à ladite embase, et un dispositif semiconducteur (36) fixé à la seconde surface de montage. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque de montage (30) possède une arête antérieure qui s'étend entre la première surface principale de montage (32) et la seconde surface principale de montage (34), 10 et en ce que le dispositif semiconducteur comporte une surface-d'extrémité qui est sensiblement coplanaire à ladite arête antérieure. 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de positionnement comportent au moins une patte (42) qui s'étend à partir d'un bord de ladite plaque dans une direction sensiblement perpendiculaire à 15 ladite première surface de montage. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite plaque de montage (30) est munie de moyensde manipulation (44). - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, 20 caractérisé en ce que l'épaisseur de ladite plaque de montage est de l'ordre de 250 pm ou moins. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque de montage est plaquée à l'aide de nickel et d'étain. 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif semiconducteur (36) est un dispositif optoélectronique. 8 - Procédé de réalisation d'un dispositif semiconducteur, caractérisé en ce qu'il consiste à: former une plaque de montage ayant une première et une 30 seconde surfaces principales de montage, ainsi que des moyens pour positionner ladite plaque par rapport à une embase; fixer ladite première surface principale de montage sur ladite embase, et fixer le dispositif semiconducteur sur la seconde surface principale de montage. 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape de 35 formation de la plaque de montage comprend en outre la réalisation de moyens de positionnement comportant au moins une patte qui s'étend à partir d'un bord de ladite plaque dans une direction sensiblement perpendiculaire à ladite première surface de montage. 7 2601818 - Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que la formation de ladite plaque de montage comprend en outre la réalisation de moyens de manipulation. 11 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caracté5 risé en ce qu'il comporte en outre le positionnement d'une face d'extrémité du dispositif de manière que cette face soit sensiblement coplanaire au bord antérieur de ladite plaque de montage, avant de réaliser la fixation de ce dispositif, et en ce que ladite arête antérieure est la surface qui s'étend entre la première et la seconde surfaces principales de montage de la plaque de montage. 10 12 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que l'étape de formation de la plaque de montage comprend en outre le revêtement de cette plaque par une couche de nickel et d'étain. 13 - Procédé de réalisation d'un dispositif semiconducteur, caractérisé en ce qu'il consiste à: délimiter et décaper par voie chimique une feuille de 15 manière à former une plaque de montage ayant des première et seconde surfaces principales de montage; fixer ladite première surface de montage sur une embase, et fixer ce dispositif semiconducteur sur ladite seconde surface de montage. 14 - Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'étape qui consiste à délimiter et décaper par voie chimique la plaque de montage com20 prend la formation d'une configuration photorésistante sur une feuille, et le décapage chimique de ladite feuille. - Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'étape qui consiste à délimiter et à décaper par voie chimique la plaque de montage comporte en outre la formation d'au moins une patte s'étendant à partir d'un bord de la25 dite plaque dans une direction sensiblement perpendiculaire à ladite première surface de montage. 16 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que l'étape qui consiste à délimiter et à décaper par voie chimique ladite feuille est exécutée de manière que l'épaisseur de ladite plaque 30 de montage soit d'environ 250 pm ou moins. 17 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, caractérisé en ce que ladite feuille est constituée d'un matériau électriquement conducteur. 18 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 17, caracté35 risé en ce que l'étape de formation de la plaque de montage comprend le dépSt d'un revêtement de nickel et d'étain sur cette plaque de montage. 19 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 18, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la fixation d'un dispositif émettant de la 8 26 0 1818 lumière sur ladite plaque de montage de manière qu'une surface d'extrémité émettrice de ce dispositif soit sensiblement coplanaire avec un bord antérieur de ladite plaque de montage, et en ce que ladite arête antérieure est la surface qui s'étend entre la première surface principale de montage et la seconde surface principale de montage de la plaque de montage.