Brevet FR2651373A1 — publié le 19910301

La présente invention concerne un dispositif à semi-conducteurs ou, plus particulièrement, la structure d'un dispositif à semi-conducteurs à multibroches ayant plusieurs centaines ou plus de broches. Des dispositifs à semi-conducteurs fabriqués en utilisant un type de support à bande ou ruban appelé type "TAB (connexion automatisée à bande) " ont été utilisés comme boîtiers de faible coût avec un très grand nombre de broches. Les figures 1 et 2 représentent la structure de ce type de dispositif à semi-conducteurs conventionnel. La figure 1 est une vue en plan du dispositif à semi-conducteurs avec une portion de résine supérieure 8 d'un corps de boîtier 7 (se référer à la figure 2) qui forme une portion supérieure du dispositif à semi-conducteurs rétirée. Le corps de boîtier 7 est une partie moulée par une résine. La figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1. Un certain nombre d'électrodes 2 formées sur une surface d'un élément à semi-conducteurs 1 (pastille semi-conductrice) sont reliées électriquement à des portions conductrices internes 5 de fils conducteurs 4 formés sur une bande isolante 3. L'élément à semi-conducteurs 1 et les conducteurs internes 5 sont moulés dans le corps de boîtier 7 formé de résine, tandis que des portions de conducteurs externes 6 des fils 4 sont conduites à l'extérieur du corps de boîtier 7. Pendant le fonctionnement de ce dispositif à semi-conducteurs, l'élément à semi-conducteurs 1 produit de la chaleur, qui est diffusée vers l'extérieur du dispositif à semi-conducteurs par les fils 4 et le corps de boîtier 7. Dans le dispositif à semi-conducteurs conventionnel ainsi conçu, la quantité de chaleur produite par l'élément à semi-conducteurs augmente comme le degré d'intégration de l'élément à semi-conducteurs est augmenté. Cependant, la chaleur produite par l'élément à semi-conducteurs n'est pas dissipée efficacement à l'extérieur du dispositif à semi-conducteurs parce que la résine qui forme le corps de boîtier est une résine époxy, par exemple, qui a des caractéristiques de conduction de la chaleur faibles. La chaleur reste de ce fait dans le dispositif à semi- conducteurs. Si la vitesse à laquelle l'élément à semi-conducteurs produit de la chaleur est élevée, il existe un risque de mauvais fonctionnement de l'élément à semi-conducteurs à cause de la température élevée, résultant en une fiabilité réduite du dispositif à semi- conducteurs. De plus, dans le cas d'un boîtier à broches multiples, la longueur de chaque conducteur est augmentée et l'inductance des conducteurs est de la sorte augmentée, ce qui résulte en une détérioration des caractéristiques électriques, c'est-à-dire, une augmentation en bruit et une réduction en vitesse de réponse du dispositif à semi-conducteurs. Par ailleurs, si le corps de boîtier est formé en un matériau céramique qui possède des caractéristiques de conduction de la chaleur supérieures, le dispositif à semi-conducteurs peut être amélioré en propriété de dissipation de chaleur et en vitesse de réponse. Cependant, un tel corps en céramique est très coûteux et les coûts de fabrication du dispositif à semi-conducteurs sont augmentés. Compte tenu de ces problèmes, le but de la présente invention est de réaliser un dispositif à semi-conducteurs ayant des propriétés de dissipation de la chaleur et des caractéristiques électriques améliorées tout en réduisant les coûts de fabrication de celui-ci. A cette fin, la présente invention propose un dispositif à semiconducteurs à boîtier en résine comprenant: un élément à semi-conducteurs ayant des surfaces renversée et contraire ou inverse et un certain nombre d'électrodes sur la surface renversée; une bande isolante s'étendant le long des côtés périphériques de l'élément à semi-conducteurs et ayant des surfaces renversée et inverse; un certain nombre de conducteurs comprenant un fil d'alimentation, un fil de masse et un fil de signaux, les conducteurs étant fixés sur la surface renversée de la bande isolante et reliés à leurs extrémités internes à certaines prédéterminées des électrodes, les extrémités externes des conducteurs s'étendant à l'extérieur du dispositif à semi- conducteurs; un moyen formant circuit capacitif sur lequel l'élément à semi-conducteurs, la bande isolante et les conducteurs sont montés, le moyen formant circuit capacitif comprenant des première et seconde plaques électriquement conductrices reliées électriquement à certains particuliers des conducteurs et/ou à l'élément à semi-conducteurs, et des première et seconde couches isolantes, la seconde couche isolante étant disposée entre les plaques électriquement conductrices pour former un condensateur de découplage; une couche de rayonnement de chaleur disposée sur la surface inverse de l'élément à semi-conducteurs à travers la première couche isolante pour diffuser de la chaleur produite dans le dispositif à semi-conducteurs à l'extérieur de celui-ci; et une portion de résine moulée dans laquelle les composants du dispositif à semi- conducteurs sont encapsulés tandis que les portions d'extrémités externes des conducteurs et au moins une partie de la couche de rayonnement de chaleur sont exposées. Selon l'invention, de la chaleur produite par l'élément à semiconducteurs est conduite de l'élément à semi-conducteurs à la couche de rayonnement de chaleur et est dissipée à l'extérieur du dispositif à semi- conducteurs à partir de la couche de rayonnement de chaleur. Les caractéristiques électriques du système d'alimentation du dispositif à semi-conducteurs et celles des conducteurs de signaux particuliers peuvent être améliorées par l'effet du condensateur de découplage formé des deux plaques conductrices alternativement feuilletées et des couches isolantes. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention, et dans lesquels: - la figure 1 est une vue en plan de l'intérieur d'un dispositif à semi-conducteurs conventionnel avec la portion de résine supérieure retirée; - la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 est une vue en plan de l'intérieur d'un dispositif à semi-conducteurs selon un mode de réalisation de la présente invention tel que vu avec la portion de résine supérieure retirée; - la figure 4 est une vue en coupe suivant la ligne IV- IV de la figure 3; et - la figure 5 est une vue en perspective d'une seconde plaque conductrice et d'autres portions en dessous de la seconde plaque conductrice du dispositif à semi-conducteurs représenté en figure 3. Un mode de réalisation de la présente invention va être décrit ci-dessous en référence aux dessins annexes. Les figures 3 à 5 représentent un dispositif à semi-conducteurs qui porte sur un mode de réalisation de la présente invention. Aux figures 3 à 5, les composants identiques ou correspondant à ceux de l'agencement conventionnel portent les mêmes chiffres de référence. La figure 3 est une vue en plan du dispositif à semi-conducteurs, représentant l'intérieur de celui-ci avec une portion de résine supérieure 8 d'un corps de boîtier 7 (se référer à la figure 4) qui forme une portion supérieure du dispositif à semi-conducteurs retirée, avec une partie d'une bande isolante 3 entaillée ou évidée. La figure 4 est une vue en coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 3 et la figure 5 est une vue en perspective d'une seconde plaque conductrice 12 et d'autres portions disposées sous celle-ci. Un élément de rayonnement de chaleur 9 est formé en un matériau ayant une haute conductivité à la chaleur contenant, par exemple, du cuire (Cu) ou de l'aluminium (Au). Sur l'élément rayonnant la chaleur 9, une première couche isolante 10a formée en résine époxy, une première plaque conductrice 11 formée en une feuille de cuivre, une seconde couche isolante lOb formée en résine époxy et une seconde plaque conductrice 12 formée en une feuille de cuivre forment successivement une structure laminée. Les plaques conductrices 11 et 12, les couches 1Oa et lOb consistuant respectivement des structures à deux couches sont alternativement feuilletées pour former un moyen formant circuit capacitif. C'est-à-dire, les première et seconde plaques conductrices 11 et 12 forment un condensateur de découplage. Un élément à semi-conducteurs 1 ayant des électrodes 2 reliées aux conducteurs internes 5 est fixé par une résine électriquement conductrice 13 sur la première plaque conductrice 11. La surface de fond de l'élément à semi-conducteurs 1 est reliée électriquement de la sorte à la première plaque conductrice 11. De façon similaire, des conducteurs de masse 14 et des conducteurs d'alimentation 15 sont fixés et reliés électriquement respectivement à la première plaque conductrice 11 et à la seconde plaque conductrice 12 par les résines électriquement conductrices 13. L'élément à semi-conducteurs 1, les conducteurs 4 et les couches sont moulés dans le corps de boîtier 7 formé d'une résine époxy de sorte qu'au moins des portions de conducteurs externes 6 des conducteurs respectifs et une surface inférieure de l'élément rayonnant la chaleur 9 sont exposées à l'extérieur du dispositif à semi- conducteurs. La bande isolante 3, la seconde plaque conductrice 12 et la seconde couche isolante lOb comportent un trou traversant d'ajustement ou d'adaptation (se référer à la figure 5) pour recevoir l'élément à semiconducteurs 1 et pour fixer celui-ci sur la première plaque conductrice 11 et des trous traversants de connexion 21 pour la connexion entre les conducteurs de masse 14 et la première plaque conductrice 11 et pour la connexion entre les conducteurs d'alimentation 15 et la seconde plaque conductrice 12. Des détails de ces trous sont décrits ci-dessous. En se reférant à la figure 3, les conducteurs de masse 14 s'étendent à l'extérieur par les côtés de gauche et de droite du dispositif à semiconducteurs illustré, tandis que les conducteurs d'alimentation 15 s'étendent à l'extérieur en directions d'en haut et d'en bas de la figure 3. De ce fait, des trous traversants 3a sont formes dans la bande isolante 3 sur quatre cStés. Egalement, la bande isolante 3 est découpée à son centre pour placer l'élément à semi-conducteurs 1. Comme représenté en figure 5, le trou traversant d'ajustement 20 et les trous traversants 21 pour connexion des conducteurs de masse 14 sont formés dans la seconde plaque conductrice 12 et la seconde couche isolante lOb disposée en dessous de la bande isolante 3. Les conducteurs d'alimentation 15 sont reliés à la seconde plaque conductrice 12 par la résine électroconductrice 13 dans les trous traversants 3a de la couche isolante 3. Les conducteurs de masse 14 sont reliés à la première plaque conductrice 11 par la résine électro-conductrice 13 dans les trous traversants 3a de la bande isolante 3 et dans les trous traversants de connexion 21 formés dans la seconde plaque conductrice 12 et la seconde couche isolante lob. L'élément à semiconducteurs 1 est logé dans le trou traversant d'adaptation 20 et est fixé sur la première plaque conductrice 11 par la résine électro-conductrice 13. Chaque trou traversant de connexion 21 est formé avec un espace 12a dans la seconde plaque conductrice 12 pour éviter une connexion électrique entre la plaque conductrice 12 et la résine électro-conductrice de connexion des conducteurs de masse 14. Pendant le fonctionnement du dispositif à semi-conducteurs ainsi conçu, de la chaleur produite par l'élément à semi-conducteurs 1 est principalement conduite à l'élément de rayonnement de chaleur 9 ayant un effet de dissipation de chaleur suffisant pour être dégagée à l'extérieur du dispositif à semi-conducteurs. Puisque l'élément de rayonnement de chaleur 9 et la première plaque conductrice 11 sont électriquement isolés l'un de l'autre par la première couche isolante 10a, le potentiel électrique de surface arrière de l'élément à semi-conducteurs 1 n'est pas appliqué à l'élément de rayonnement de chaleur 9. Il y a de ce fait aucun risque d'apparition de court-circuit ou analogue même si l'élément de rayonnement de chaleur 9 est amené en contact avec des parties électriques ou une plaquette lorsque le dispositif à semi-conducteurs est monté sur la plaquette. L'élément de rayonnement chaleur 9 est exposé partiellement à l'extérieur du boitier 7, permettant de la sorte à des ailettes de rayonnement de chaleur externe 9a d'être facilement formées sur l'élément 9. Cette construction peut de ce fait être appliquée au boitier d'un dispositif à semi-conducteurs 1 ayant une consommation d'énergie extrêment importante. Puisque les surfaces de la seconde plaque conductrice 12 servant de couche d'alimentation et de la première plaque conductrice 11 servant de couche de masse sont chacune importante, il est possible de réduire l'inductance d'une ligne d'alimentation s'étendant de la source d'alimentation à la masse dans le dispositif à semi-conducteurs. La seconde couche isolante lOb est interposée entre les première et seconde plaques conductrices 11 et 12 pour former le condensateur de découplage ayant une faible capacité, absorbant de la sorte du bruit. De plus, puisque les conducteurs 16 servant comme lignes de signaux sont placés sur les première et seconde plaques conductrices 11 et 12, l'inductance de chaque conducteur de ligne de signaux est assez petite pour empacher tout retard substantiel de signal. Dans le mode de réalisation ci-dessus décrit, les électrodes des éléments à semi-conducteurs et les extrémités extrêmes des conducteurs internes sont reliées directement. Cependant, la présente invention peut également être appliquée à un type de dispositif à semi-conducteurs dans lequel des électrodes et des conducteurs internes sont reliés par des fils métalliques fins (non représentés). Selon la présente invention, comme décrit ci-dessus, un élément de rayonnement de chaleur pour diffuser la chaleur produite par l'élément à semi-conducteurs à l'extérieur du dispositif à semi-conducteurs est réalisé et une structure souhaitée est également réalisée dans laquelle un condensateur ayant une faible capacité est formé par deux plaques électriquement conductrices, dont l'une est reliée aux conducteurs d'alimentation et l'autre est reliée à une portion de l'élément à semiconducteurs et aux conducteurs de masse, réalisant de la sorte un dispositif à semiconducteur à propriétés de dissipation de chaleur et à caractéristiques électriques améliorées. REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif à semi-conducteurs à boîtier en résine, caractérisé en ce qu'il comprend: - un élément à semi-conducteurs (1) ayant des surfaces renversée et inverse et un certain nombre d'électrodes (2) formées sur la surface renversée; - une bande isolante (3) s'étendant le long des côtés périphériques de l'élément à semi-conducteurs et ayant des surfaces renversée et inverse; - un certain nombre de conducteurs comprenant un conducteur d'alimentation (15), un conducteur de masse (14) et des conducteurs de lignes de signaux (13), lesdits conducteurs étant fixés sur la surface renversée de la bande isolante (3) et reliés à leurs extrémités internes à certaines prédéterminées des électrodes (2), les extrémités externes desdits conducteurs s'étendant à l'extérieur du dispositif à semi-conducteurs; - un moyen formant circuit capacitif sur lequel l'élément à semi-conducteurs (1), la bande isolante (3) et la pluralité de conducteurs sont montés, le moyen formant circuit capacitif comprenant des première (11) et seconde (12) plaques électriquement conductrices reliées électriquement à des conducteurs particuliers desdits conducteurs et/ou à l'élément à semi-conducteurs (1), et des première (10a) et seconde (lOb) couches isolantes, la seconde couche isolante (10b) étant disposée entre les plaques électriquement conductrices (11, 12) pour former un condensateur de découplage; - une couche de rayonnement de chaleur (9) disposée sur la surface inverse ou contraire de l'élément à semi-conducteurs (1) par la première couche isolante (10a) pour diffuser de la chaleur produite dans le dispositif à semi-conducteurs à l'extérieur de celui-ci; et - une portion de résine moulée dans laquelle les composants du dispositif à semi-conducteurs sont encapsulés tandis que les portions extrêmes externes desdits conducteurs et au moins une partie de la couche de rayonnement de chaleur (9) sont exposées. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'une des plaques conductrices (11, 12) du moyen formant circuit capacitif est reliée à la surface inverse de l'élément à semi-conducteurs (1) et au fil de masse (14) précité parmi la pluralité de conducteurs tandis que l'autre desdites plaques conductrices est reliée au conducteur d'alimentation (15) précité. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen formant circuit capacitif comprend un feuilletage composé successivement de la seconde plaque conductrice (12), la seconde couche isolante (lOb), la première plaque conductrice (11) et la première couche isolante (10a) sous la surface latérale contraire ou inverse de la bande isolante (3) et de la couche de rayonnement de chaleur (9) sous celle-ci; la bande isolante (3), la seconde plaque conductrice (12) et la seconde couche isolante (lOb) ayant un trou traversant d'adaptation (20) dans lequel l'élément à semi-conducteurs (1) est logé et par lequel la surface inverse de l'élément à semi-conducteurs est reliée électriquement à la première plaque conductrice (11), et des trous traversant de connexion (21) par lesquels certains particuliers des conducteurs précités sont reliés électriquement aux plaques conductrices (11, 12); l'élément à semi-conducteurs (1) étant fixé sur la première plaque conductrice (11) et relié à celle-ci par une résine électriquement conductrice tandis que certains particuliers des conducteurs et les plaques conductrices (11, 12) sont fixés et reliés au travers des trous traversants de connexion (21) respectivement par des résines électriquement conductrices. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que des surfaces périphériques de l'élément à semi-conducteurs (1), des portions conductrices internes des conducteurs précités (14-16) et les surfaces latérales des couches feuilletées ainsi que la couche de rayonnement de chaleur (9) sont couvertes de résine époxy de moulage, et les portions conductrices externes des conducteurs et une surface inférieure de la couche de rayonnement de chaleur (9) sont exposées à l'extérieur du dispositif à semi-conducteurs. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les électrodes (2) formées dans la surface de l'élément semi-conducteurs (1) et les conducteurs précités sont respectivement reliés directement. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de rayonnement de chaleur (9) précitée est en un matériau ayant une haute conductivité de chaleur. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la couche de rayonnement de chaleur est réalisée en un matériau contenant au moins du cuivre. 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la couche de rayonnement de chaleur (9) est réalisée dans un matériau contenant au moins de l'aluminium. 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les première et seconde couches électro-conductrices sont des feuilles de cuivres tandis que les première et seconde couches isolantes et la portion de résine de moulage sont réalisées en une résine époxy. 10. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche de rayonnement de chaleur (9) comprend des ailettes de rayonnement de chaleur (9a).