Brevet FR2618944A1 — publié le 19890203

La présente invention concerne des dispositifs à semi-conducteur et, plus précisément, ceux qui sont encapsulés dans des boîtiers comprenant un support métallique et un corps en résine synthétique. Un bottier en métal et en résine, qui est très utilise dans la fabrication de circuits intégrés de puissance, est celui qui est connu sous le nom de Multiwatt, marque déposée par la Demanderesse. Celui-ci comprend une lamelle métallique partiellement englobée dans un corps de résine synthétique, de telle manière qu'une de ses grandes surfaces reste dégagée. Une plaquette de matière semi-conductrice, dans laquelle est forme le circuit intégré et qui constitue la partie active du dispositif, est fixée sur l'autre grande surface de la lamelle, en bon contact thermique avec celle-ci, de manière -à rendre possible la transmission vers l'extérieur et, par suite, la dissipation de la chaleur engendrée par la plaquette pendant le fonctionnement., Des conducteurs métalliques rigides, Jouant le rôle de bornes du dispositif, sont raccordés, au moyen de fils minces, à des zones métallisées de la plaquette de matière semiconductrice; en partie, ils sont englobés dans le corps de résine et en partie, ils sortent à l'extérieur de celui-ci, le long d'un côté duquel ils sont tous alignés. Dans la production en série de dispositifs de ce type, les lamelles métalliques destinées & une multiplicité de dispositifs semblables sont tirées, d'habitude par découpage, d'une tôle relativement épaisse de métal, par exemple de cuivre, et elles restent unies entre elles, en séries de 10 à 20 pièces, au moyen d'une languette de tôle. De façon analogue, les conducteurs métalliques rigides sont tirés, par découpage ou par gravure chimique, d'une tôle plus mince de métal, par exemple de cuivre, et ils restent unis entre eux par des Jonctions métalliques transversales. La bande des lamelles et celle des conducteurs sont ensuites unies l'une à l'autre, par exemple au moyen de quelques-uns des conducteurs rigides convenablement pliés et agrafés dans des entailles prévues à cet effet dans les lamelles, une plaquette de matière semiconductrice est fixée, par exemple par brasage, sur chaque lamelle et des fils minces, de preférence en or et/ou en aluminium, sont soudés à des zones métallisées adéquates des plaquettes et aux extrémités des conducteurs pour établir des connexions électriques appropriées entre l'élément actif du dispositif et les bornes de celui-ci. Le tout est ensuite inséré dans un moule prévu à cet effet et une résine à l'état liquide, par exemple un polymère thermodurcissable, est introduite dans le moule par injection à la presse. A la suite du durcissement de la résine, les différents dispositifs sont séparés par découpage des languettes qui maintenaient les lamelles unies entre elles et des morceaux de tôle qui maintenaient les conducteurs rigides unis entre eux. L'exigence de circuits de plus en plus complexes et capables de traiter des puissances de plus en plus grandes a obligé les proJeteurs à renoncer, dans de nombreux cas, à intégrer le circuit entier dans une seule plaquette de matière semi-conductrice, en faveur de solutions qui prévoient l'emploi de deux plaquettes ou davantage. Un cas typique est celui d'un circuit comprenant une partie qui a des fonctions d'élaboration de signaux, intégrée dans une première plaquette, et-une partie qui a des fonctions de puissance, intégrée dans une seconde plaquette. Mais en général, les utilisateurs des circuits ne veulent pas renoncer au maximum de compacité, c'est-à-dire & avoir le circuit entier dans un seul boîtier, quel que soit le nombre des plaquettes nécessaires pour sa réalisation. Toutefois, cela impose dans de nombreux cas, à ceux qui fabriquent de tels dispositifs, le proJetage de bottiers d'un type nouveau et, en conséquence, la modification coûteuse des procédés de fabrication ou tout simplement la création de nouvelles chaînes de production spécialement conçues. Cela se révèle nécessaire, en particulier, lorsque le circuit est réalisé dans des plaquettes dont les électrodes de masse doivent être isolées les unes des autres., Le but de la présente invention est de réaliser un dispositif comprenant au moins deux plaquettes de matière semiconductrice dont les électrodes de masse sont isolées électriquement les unes des autres, dispositif qui soit logé dans un boîtier en métal et résine ayant l'aspect extérieur et la structre d'un boîtier standard du type décrit ci-dessus et qui ne nécessite pas de modifications importantes du procédé de fabrication. Ce but est atteint, d'après l'invention, avec un dispositif à semiconducteur dans un bottier du type comprenant une lamelle métallique, un corps en résine synthétique qui englobe une partie de la lamelle en laissant libre une grande surface de celle-ci, et une -30 multiplicité de bornes métalliques sortant d'un côté du corps en résine synthétique, ce dispositif comprenant, à l'intérieur du corps en résine synthétique, une plaquette de matière semi-conductrice, fixée à la lamelle métallique en contact électrique avec celle-ci et raccordée électriquement à l'une au moins des bornes métalliques, et étant caractérisé par le fait qu'il comprend en outre, à l'intérieur du corps en résine synthétique, au moins une lame métallique, disposée sur la lamelle métallique, séparée de celleci par une couche électriquement isolante et formée d'une seule pièce avec l'une au moins des bornes métalliques, et une plaquette de matière semi-conductrice fixée à la lame métallique en contact électrique avec celle-ci. L'invention pourra être mieux comprise à l'aide de la description détaillée qui suit de l'une de ses formes de réalisation préférées, faite en référence à l'unique dessin, dont l'unique figure est une vue en perspective axonométrique d'un dispositif selon l'invention, le corps en résine synthétique ayant été découpé pour mettre en évidence la structure interne de ce dispositif. Comme on le voit sur la figure, un dispositif selon l'invention comprend une lamelle métallique 2 dont une partie est englobée dans un corps en resine synthétique 4. Une première plaquette 6 de matière semiconductrice contenant un circuit intégré est fixée à la lamelle métallique 2, par exemple par brasage entre l'électrode de masse et la surface de la lamelle. La lamelle 2 présente un trou traversant 8 qui sert à la fixation du dispositif à un support extérieur correspondant (dissipateur). De nombreux conducteurs métalliques rigides ou bornes 10 s'étendent, alignés dans un même plan, depuis un côté de la lamelle 2. Comme on peut le noter sur le dessin, l'un de ces conducteurs, désigné par lOa, est plié à angle droit et est inséré dans une entaille prévue & cet effet dans la lamelle 2, de façon à être solidaire de la lamelle elle- même. Cette connexion, de méme que celles qui sont prévues de façon analogue sur les dispositifs voisins, sert à maintenir la bande des lamelles unie à celle des conducteurs pendant l'assemblage en série des dispositifs et particulièrement à établir une Jonction électrique entre l'électrode de masse de la plaquette et l'extérieur du dispositif. Trois bornes, désignées par lOb, sont profilées de manière à se trouver, par l'une de leurs extrémités, a proximité d'un côté de la plaquette. D'après l'invention, une lame métallique 12 s'étend parallèlement à la lamelle 2 sans entrer en contact avec elle et est unie à l'une au moins des bornes 10 (deux dans l'exemple d'exécution représenté sur le dessin) au moyen d'une partie de raccordement perpendiculaire à la surface de la lamelle 2. De façon avantageuse, la lame 12 peut être tirée, facilement et sans modification du procedé de fabrication usuel, de la même tôle utilisée pour la formation des bornes 10. Outre que les bornes unies à la lame 12 ont pour fonction de soutenir cette lame et des conducteurs électriques entre l'électrode de masse de la plaquette et l'extérieur, elles sont utiles dans le fonctionnement du dispositif, car elles contribuent à la conduction et à la dissipation de la chaleur vers l'extérieur du dispositif. Une seconde plaquette 14, contenant un autre circuit intégré ou un unique composant de circuit de puissance, est fixée, par exemple par brasage, à la lame 12. Des fils metalliques minces 16 unissent des zones métallisées 18 des plaquettes entre elles ou aux extrémités des bornes 10. A l'exception de parties des bornes 10, de la partie de la lamelle 2 qui contient le trou 8 et de la surface entière de la lamelle 2 opposée à celle qui contient les plaquettes, le tout est englobé dans le corps de résine synthétique 4. Pendant cette opération, qui est effectué par injection à la presse selon le procédé usuel, une couche mince de résine se répand au- dessous de la lame 12, assurant ainsi l'isolement électrique entre cette dernière et la lamelle 2. A titre de variante, en particulier lorsqu'on veut que la distance entre lame et lamelle soit très réduite, ce qui fait qu'il peut être difficile d'obtenir une infiltration efficace de résine, l'isolement peut être assuré par une couche de matière électriquement isolante, ayant de bonnes caractéristiques de conductibilité thermique, qui peut être interposée entre les deux éléments avant l'opération d'injection à la presse ou qui peut être appliquée directement, sous forme de vernis, sur la tôle des bornes avant l'opération de découpage pour la formation de ces bornes. D'après ce qui a été décrit ci-dessus, il est visible que le dispositif selon l'invention peut être fabriqué en utilisant les mêmes équipements et les mêmes modalités de fabrication qui sont employés pour la production de dispositifs dans des boîtiers standard du type Multiwatt et qu'il se prête donc à une production en série particulièrement économique. Etant donné qu'il a été décrit et illustré une seule forme d'exécution de l'invention, il est manifeste que de nombreuses variantes et modifications sont possibles sans que l'on s'écarte pour autant du cadre de l'invention. Par exemple, il peut être prévu plusieurs plaquettes soudées sur la lamelle et plusieurs lames pour le support des plaquettes supplémentaires isolées de la lamelle métallique. REVENDICATIONS 1.- Dispositif à semi-conducteur dans un boîtier du type comprenant une lamelle métallique (2), un corps en résine synthétique synthétique.(4), une plaquette de matière semi- conductrice (6), fixée à la lamelle métallique (2) en contact électrique avec celle-ci et raccordée électriquement à l'une au moins des bornes métalliques (10), et étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre, à l'intérieur du corps en résine synthétique (4), au moins une lame métallique (12), disposée sur la lamelle métallique lame métallique 2.- Dispositif à semiconducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la càuche isolante est faite de résine synthétique. 3.- Dispositif & semiconducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche isolante est faite d'une matière électriquement isolante ayant de bonnes caractéristiques de conductibilité thermique. 4.- Dispositif à semiconducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par des fils électriques d'interconnexion (16) qui relient directement entre elles des zones prédéfinies des plaquettes de matière semi-conductrice