Brevet FR2668854A1 — publié le 19920507

La présente invention se rapporte à un dispositif semiconducteur et plus particulièrement à la structure d'un dispositif semiconducteur à plots multiples, ayant plusieurs centaines de plots ou plus. Les dispositifs semiconducteurs fabriqués en utilisant un type de support en bande que l'on appelle à connexion automatisée ont été utilisés en tant que modules de faible prix avec un très grand nombre de plots Les figures 4 et 5 montrent la structure de ce type de dispositif semiconducteur conventionnel La figure 4 est une vue en plan du dispositif semiconducteur avec une portion supérieure en résine 8 d'un corps 7 de module (voir figure 5) enlevée Ce corps 7 est une pièce moulée en une résine La figure 5 est une vue en coupe transversale faite suivant V-V de la figure 4 Un certain nombre d'électrodes 2 formées sur une surface de l'élément semiconducteur 1 sont électriquement connectées aux portions internes 5 de conducteurs 4 formés sur un ruban isolant 3 Un élément semiconducteur 1 et les portions internes 5 sont moulés par le corps 7 du module formé en résine, tandis que les portions externes 6 des conducteurs 4 s'étendent à partir du corps 7 du module. Pendant le fonctionnement d'un tel dispositif semiconducteur, l'élément semiconducteur 1 produite de la chaleur qui est conduite vers l'extérieur du dispositif semiconducteur par les conducteurs 4 et le corps 7 du module. Dans un dispositif semiconducteur conventionnel ainsi construit, la quantité de chaleur produite par l'élément semiconducteur augmente tandis que le degré d'intégration de l'élément semiconducteur augmente. Cependant, la chaleur produite par l'élément semiconducteur n'est pas efficacement dissipée vers l'extérieur du dispositif semiconducteur parce que la résine qui forme le corps du module est faite d'une résine époxy, par exemple, qui a une mauvaise conductivité thermique Par conséquent, la chaleur reste dans le dispositif semiconducteur Si l'on emploie un élément semiconducteur qui produit de la chaleur à un taux élevé, il y a un risque d'un mauvais fonctionnement de l'élément semiconducteur du fait de la température élevée, avec pour résultat une réduction de fiabilité du dispositif semiconducteur Par ailleurs, dans le cas d'un module à plots multiples, l'inductance des conducteurs est accrue à cause de l'utilisation des longs et minces conducteurs Le fait ci-dessus a pour résultat une détérioration des caractéristiques électriques, telles qu'une augmentation du bruit et une réduction de la vitesse de réponse du dispositif semiconducteur pendant son fonctionnement Par ailleurs, si le corps du module est formé en une matière céramique qui a des caractéristiques de conductivité thermique supérieure à celles de la résine, le dispositif semiconducteur peut avoir de meilleures propriétés de dissipation de la chaleur et une meilleure vitesse de réponse Cependant, les céramiques sont très coûteuses et augmentent le prix de fabrication du dispositif semiconducteur. En conséquence, étant donné ces problèmes, la présente invention a pour objet de procurer un dispositif semiconducteur de faible prix ayant de meilleures propriétés de dissipation de la chaleur et de caractéristiques électriques. Afin d'atteindre l'objectif ci-dessus, on prévoit un dispositif semiconducteur conditionné dans la résine comprenant: un élément semiconducteur ayant un certain nombre d'électrodes sur une surface; un moyen conducteur comprenant au moins un conducteur de mise à la masse, au moins un conducteur d'alimentation en courant et divers conducteurs de signaux, chacun ayant des extrémités interne et externe, lesdits conducteurs étant connectés à leurs extrémités internes aux électrodes respectives, les extrémités externes desdits conducteurs s'étendant vers l'extérieur du dispositif semiconducteur; une couche rayonnant la chaleur faite en un matériau très conducteur de la chaleur; une couche de matière isolante formée sur la couche rayonnant fortement la chaleur; au moins une couche de mise à la masse ayant une grande surface et au moins une couche d'alimentation en courant ayant une grande surface, ces deux couches étant sensiblement configurées en un plan sur la couche de matière isolante, la mise en forme étant faite selon le nombre et les positions des conducteurs de mise à la masse et des conducteurs d'alimentation en courant; un moyen de connexion électrique pour fixer, en contact électrique, l'élément semiconducteur à une surface de la couche de mise à la masse, le moyen de connexion électrique étant également utilisé pour la connexion électrique du conducteur de mise à la masse et du conducteur d'alimentation en courant à la couche de mise à la masse et à la couche d'alimentation en courant, respectivement et une résine encapsulant ledit élément semiconducteur, les conducteurs et ledit moyen de connexion et couvrant lesdites couches de mise à la masse et d'alimentation en courant, la portion extrême externe des conducteurs s'étendant de la résine et au moins une partie de ladite couche rayonnant la chaleur n'étant pas encapsulée par ladite résine. Dans cette invention, la chaleur produite par l'élément semiconducteur est conduite vers la couche rayonnant la chaleur, et est dissipée par cette couche rayonnant la chaleur Par ailleurs, la couche d'alimentation en courant, ayant une grande surface, et les couches de mise à la masse, chacune ayant une grande surface, sont formées à l'intérieur du module Les conducteurs d'alimentation en courant et les conducteurs de mise à la masse sont connectés à la couche d'alimentation en courant et aux couches de mise à la masse, respectivement Par suite, l'inductance du système de la source de courant du dispositif semiconducteur est réduite et ainsi cela améliore les caractéristiques électriques. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en plan d'un dispositif semiconducteur selon la présente invention o une portion supérieure en résine du dispositif semiconducteur est enlevée; la figure 2 est une vue en coupe transversale faite suivant la ligne II-II de la figure 1; la figure 3 est une vue en perspective d'une portion inférieure comprenant une plaque de mise à la masse et des plaques d'alimentation en courant; la figure 4 est une vue en plan du dispositif semiconducteur conventionnel avec une portion supérieure de résine du dispositif semiconducteur enlevée; et la figure 5 est une vue en coupe transversale faite suivant la ligne V-V de la figure 4. Un mode de réalisation de la présente invention sera décrit ci-dessous en se référant aux dessins joints. Les figures 1 à 3 montrent un mode de réalisation d'un dispositif semiconducteur selon la présente invention Sur les figures 1 à 3, des composants identiques ou correspondant à ceux du semiconducteur conventionnel sont indiqués par les mêmes chiffres de référence La figure 1 est une vue en plan du dispositif semiconducteur avec une portion supérieure en résine 8 d'un corps 7 de module (figure 2) enlevée Ce corps 7 de module est formé en une résine Une partie d'un ruban isolant 3 est découpée sur la figure 1 La figure 2 montre une vue en coupe transversale faite suivant la ligne II-II de la figure 1. La figure 3 est une vue en perspective montrant une portion inférieure comprenant une plaque 11 de mise à la masse qui sert de couche de mise à la masse et des plaques 12 d'alimentation en courant servant de couches d'alimentation en courant Une couche rayonnant la chaleur l O comprend un organe 9 rayonnant la chaleur qui est formé en un matériau ayant une forte conductivité de la chaleur, comme du cuivre (Cu) ou de l'aluminium (Al) Une couche isolante 10, formée d'une résine époxy, est formée sur l'organe rayonnant la chaleur 9 Une plaque 11 de mise à la masse et des plaques 12 d'alimentation en courant, toutes étant faites en une feuille de cuivre sont formées sur la couche isolante 10 Le nombre et la forme des plaques 11 de mise à la masse et des plaques 12 d'alimentation en courant sont déterminés par le type de l'élément semiconducteur 1 et le nombre et les positions des conducteurs 14 de mise à la masse et des conducteurs d'alimentation en courant Dans le dispositif semiconducteur selon ce mode de réalisation, l'élément semiconducteur 1 est placé au centre de la couche isolante 10 Les conducteurs 14 de mise à la masse sont placés face à face à travers l'élément semiconducteur 1 Les conducteurs 15 d'alimentation en courant sont placés, face à face, à angle droit par rapport aux conducteurs 14 de mise à la masse Ainsi, la plaque 11 de mise à la masse est disposée de façon à se trouver au centre de la couche isolante 10 et en dessous des conducteurs 14 de mise à la masse, des deux côtés de l'élément semiconducteur 1 Les plaques 12 d'alimentation en courant sont agencées de façon à se trouver sur le côté de la plaque 11 de mise à la masse et en dessous des conducteurs 15 d'alimentation en courant L'élément semiconducteur 1 est fixé sur la plaque 11 de mise à la masse par une résine électriquement conductrice 13 La surface inférieure de l'élément semiconducteur 1 est ainsi électriquement connectée à la plaque 11 de mise à la masse Les conducteurs 14 de mise à la masse sont électriquement connectés à la plaque 11 par des trous 3 a qui sont formés dans un ruban isolant 3. Cette connexion est produite par la résine électriquement conductrice 13 De même, les conducteurs 15 d'alimentation l O en courant sont électriquement connectés aux plaques 12 d'alimentation en courant par les trous 3 a qui sont formés dans le ruban isolant 3 Cette connexion est également obtenue par la résine électriquement conductrice 13 Les portions internes 5 des conducteurs 14 de mise à la masse, les portions internes 5 du conducteur 15 de source de courant et les portions internes 5 des conducteurs de signaux 16 sont connectées à un certain nombre d'électrodes 2 qui sont formées à la surface de l'élément semiconducteur 1 Les composants respectifs ci-dessus sont scellés dans la résine par une résine époxy, pour ainsi former le corps 7 du module comme le montrent les dessins. Pendant le fonctionnement du dispositif semiconducteur construit comme ci-dessus, la chaleur produite par le semiconducteur 1 est principalement conduite vers l'organe rayonnant la chaleur 9 ayant une haute conductivité thermique et est évacuée vers l'extérieur du dispositif semiconducteur Comme l'organe 9 rayonnant la chaleur et les plaques 11 de mise à la masse sont électriquement isolés par la couche isolante 10, le potentiel électrique produit sur la surface arrière de l'élément semiconducteur 1 n'est pas appliqué à l'organe rayonnant la chaleur 9 Il n'y a par conséquent aucun risque d'un court-circuit ou analogue, même si l'organe 9 rayonnant la chaleur est mis en contact électrique avec d'autres parties électriques ou bien une planche de circuit quand le dispositif semiconducteur est monté sur cette planche de circuit Par ailleurs, comme l'organe 9 rayonnant la chaleur est partiellement exposé à l'extérieur du corps 7 du module, une ailette externe de rayonnement de la chaleur (non représentée) peut facilement gtre attachée à l'organe 9 rayonnant la chaleur Une telle construction peut par conséquent s'appliquer à un dispositif semiconducteur 1 ayant une très forte consommation de courant De plus, comme les conducteurs 14 de mise à la masse et les conducteurs 15 d'alimentation en courant sont électriquement connectés à la plaque 11 de mise à la masse et aux plaques 12 d'alimentation en courant qui ont une grande surface, respectivement, la largeur de chaque conducteur peut ainsi être sensiblement augmentée Par suite, il est possible de réduire l'inductance du système d'alimentation en courant s'étendant de la source de courant jusqu'à la masse dans le dispositif semiconducteur Le bruit peut être réduit et les propriétés électriques sont améliorées du fait de la réduction ci-dessus de l'inductance. Dans le dispositif semiconducteur selon le mode de réalisation ci-dessus, bien que les extrémités des conducteurs internes soient directement connectées aux électrodes respectives formées sur l'élément semiconducteur, la présente invention peut également s'appliquer à un type de dispositif semiconducteur o les électrodes et les conducteurs internes sont connectés par des fils métalliques fins. Comme on l'a décrit ci-dessus, la présente invention permet de prévoir un dispositif semiconducteur qui a de meilleures propriétés de dissipation de la chaleur et de meilleures caractéristiques électriques. Cela est dû au fait que l'organe rayonnant la chaleur est prévu pour rayonner la chaleur produite par l'élément semiconducteur Cela est également dû au fait que les plaques de mise à la masse et une plaque d'alimentation en courant, ayant une grande surface, sont prévues dans le dispositif semiconducteur et que les conducteurs de mise à la masse ainsi que les conducteurs d'alimentation électriques sont électriquement connectés aux plaques de mise à la masse et à la plaque d'alimentation en courant, respectivement, ainsi la largeur de chaque conducteur peut être sensiblement augmentée Par suite, l'inductance du système d'alimentation en courant est diminuée. R E V E N D I C A T I O N S 1 Dispositif semiconducteur conditionné dans la résine, caractérisé en ce qu'il comprend: un élément semiconducteur ( 1) ayant un certain nombre d'électrodes sur une surface; un moyen conducteur comprenant au moins un conducteur ( 14) de mise à la masse, au moins un conducteur ( 15) d'alimentation en courant et divers conducteurs ( 16) de signaux, chacun ayant des extrémités interne et externe, lesdits conducteurs étant connectés à leurs extrémités internes à des électrodes respectives, les extrémités externes desdits conducteurs s'étendant vers l'extérieur du dispositif semiconducteur; une couche ( 9) rayonnant la chaleur faite en un matériau fortement conducteur de la chaleur; une couche isolante ( 10) formée sur ladite couche rayonnant la chaleur; au moins une couche ( 11) de mise à la masse ayant une grande surface et au moins une couche ( 12) d'alimentation en courant ayant une grande surface, lesdites couches étant sensiblement configurées en un plan sur ladite couche isolante, la mise en forme étant faite selon le nombre et les positions des conducteurs de mise à la masse et de conducteurs d'alimentation en courant; un moyen de connexion électrique pour fixer, en contact électrique, ledit élément semiconducteur à une surface de ladite couche de mise à la masse, ledit moyen de connexion électrique étant également utilisé pour la connexion électrique dudit conducteur de mise à la masse et dudit conducteur d'alimentation en courant à ladite couche de mise à la masse et à ladite couche d'alimentation en courant, respectivement; et une résine encapsulant ledit élément semiconducteur, les conducteurs et ledit moyen de connexion et couvrant lesdites couches de mise à la masse et d'alimentation en courant, la portion extrême externe des conducteurs s'étendant de la résine et au moins une partie de ladite couche rayonnant la chaleur n'étant pas encapsulée par ladite résine. 2 Dispositif semiconducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen conducteur est un moyen dans lequel des conducteurs sont fixés à un ruban isolant ( 3) qui est périphériquement disposé autour l O de l'élément semiconducteur, et o des trous ( 3 a) pour relier lesdites couches de mise à la masse et d'alimentation en courant aux conducteurs de mise à la masse et d'alimentation en courant, respectivement, sont formés en des positions o les conducteurs d'alimentation en courant et les conducteurs de mise à la masse sont respectivement agencés. 3 Dispositif semiconducteur selon la revendicaton 1, caractérisé en ce que le moyen de connexion électrique est fait d'une résine électriquement conductrice ( 13). 4 Dispositif semiconducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément semiconducteur ( 1) est placé au centre de la couche isolante et en ce que le moyen conducteur est un moyen dans lequel les conducteurs sont fixés au ruban isolant qui est périphériquement disposé autour de l'élément semiconducteur et o des trous pour relier lesdites couches de mise à la masse et d'alimentation en courant auxdits conducteurs de mise à la masse et d'alimentation en courant, respectivement, sont formés en des positions o lesdits conducteurs d'alimentation en courant et de mise à la masse sont respectivement agencés et o ladite couche de mise à la masse est prévue au centre de la couche isolante, ainsi l'élément semiconducteur est fixé sur la couche de mise à la masse. 5 Dispositif semiconducteur selon la 1 1 revendication 4, caractérisé en ce que dans le moyen conducteur, les conducteurs ( 14) de mise à la masse sont prévus en des positions o ils sont face à face à travers l'élément semiconducteur, les conducteurs ( 15) d'alimentation en courant étant prévus en des positions o ils sont face à face à travers ledit élément semiconducteur, ces positions étant à angle droit par rapport à celles des conducteurs de mise à la masse, o le dispositif semiconducteur comprend une couche de mise à la masse formée sur la couche isolante, cette couche de mise à la masse étant au centre de la couche isolante et en dessous des conducteurs de mise à la masse des deux côtés de l'élément semiconducteur et deux couches d'alimentation en courant qui se trouvent en dessous des conducteurs d'alimentation en courant et qui sont prévues des deux côtés de la couche de mise à la masse.