Brevet FR2660797A1 — publié le 19911011

La présente invention concerne un boîtier d'encapsulage pour dispositif à semiconducteur, c'est-à-dire la structure qui contient le dispositif pendant son utilisation, et qui sert à le protéger. En plus d'assurer la protection physique d'un dispositif, le boîtier peut être conçu pour permettre une connexion électrique directe ainsi qu'une connexion thermique servant à conduire, hors du dispositif, la chaleur produite à l'intérieur de celui-ci pendant son utilisation Cette dernière fonction est particulière- ment importante pour les dispositifs dits de puissance (les dispo- sitifs qui sont susceptibles de dissiper beaucoup de chaleur) et elle peut être un facteur déterminant du choix du boîtier Dans un boîtier destiné par exemple à une diode semiconductrice de puissance, la puce semiconductrice sur laquelle le dispositif est formé peut être soudée directement sur un support métallique faisant partie de son boîtier, ce qui assure une bonne connexion électrique et une bonne connexion thermique pour le côté soudé de la puce. Dans un boîtier de forme courante, le support métallique prend la forme d'une pastille cylindrique faite de cuivre plaqué par du nickel qui possède une surface plate à laquelle on peut souder la puce On comp Lète l'assemblage du boîtier en soudant la face opposée de la puce à un support métallique cylindrique plat identique, tandis qu'on injecte un matériau isolant autour de la puce dans l'intervalle séparant les supports afin de les empêcher de se coupler l'un à l'autre. Ce boîtier possède un certain nombre d'avantages évidents lorsqu'il est utilisé par exemple pour des dispositifs du type diodes de puissance Les connexions des électrodes peuvent se faire directement sur le boîtier luimême sans qu'il soit besoin d'utiliser des fils, de même que les connexions thermiques peuvent assurer la conduction de la chaleur hors du dispositif; un éLément important est que la conduction thermique s'effectue depuis les deux côtés de la puce Ceci donne un dispositif pouvant fonctionner avec une forte puissance et ayant une capacité élevée de support des variations brusques Le procédé de fabrication est direct et peut facilement être mécanisé, ce qui conduit à un composant peu coûteux et électriquement fiable Le boîtier lui-même est compact. Malheureusement, ce type de boîtier présente en fait un certain nombre d'inconvénients, qui le font rejeter de certaines applications Tout d'abord, la symétrie du boîtier signifie qu'il faut ou bien le marquer et l'examiner avant l'installation pour être sûr de la correction de sa polarité, ou bien effectuer une mesure de caractérisation au moment de l'installation En deuxième lieu, le dispositif se révèle mécaniquement faible vis-à-vis des forces tendant à séparer les supports, tout effort étant transféré directement à la puce soudée Pour surmonter ce dernier inconvé- nient, le dispositif mis sous boîtier est typiquement distribué partiellement enfermé dans un éLément protecteur isolant en matière plastique qui s'étend sur la région joignant les supports, de manière à donner une certaine résistance mécanique Ce composant supplémentaire et l'opération de fabrication qui lui est associée suppriment l'avantage de coût du boîtier. Lorsqu'on souhaite un bon comportement physique en même temps qu'un faible coût, une autre forme possible de mise sous boîtier, qui est assez répandue, consiste à monter la puce dans un collet qui est formé dans un support cylindrique auquel un côté de la puce est soudé, de manière à former une connexion d'éLectrode. On comp Lète la construction en soudant un fil à l'autre côté de la puce, de manière à produire l'autre connexion d'éLectrode, puis on remplit le collet à l'aide d'un composé d'empotage pour rendre l'assemblage hermétique IL est évident que ce boîtier assure une meilleure protection physique de la puce et est, par nature, asymétrique, ce qui facilite le prob Lème d'une installation finale électriquement correcte Toutefois, les performances thermiques (et par conséquent les performances électriques maximales) du dispositif sont compromises, puisque le transfert thermique ne se fait principalement que d'un côté de la puce, Le fil d'inter- connexion constituant un trajet thermique inférieur. Selon l'invention, il est proposé un boîtier pour dispositif à semiconducteur, comportant un éLément de support et un élément couvercle, l'éLément de support possédant un collet afin de recevoir une puce semiconductrice portant le dispositif et qui est destinée d'un côté à y être fixée de façon à être en contact thermique avec l'éLément de support et qui est en outre destinée à être fixée, de l'autre côté, audit éLément couvercle afin d'être en contact thermique avec celui-ci, l'éLément couvercle entrant dans le collet. De préférence, l'éLément couvercle et l'éLément de support sont en contact électrique avec la puce semiconductrice, l'éLément couvercle et l'éLément de support étant en ajustement fin. Avantageusement, l'éLément couvercle présente un collet, la puce entrant dans le collet. Selon une forme de l'invention, le dispositif est une diode, et l'élément couvercle et l'éLément de support sont isolés l'un de l'autre. Il est avantageux de remplir le vide existant entre l'éLément couvercle et l'éLément de support à l'aide d'un composé d'empotage. La description suivante, conçue à titre d'i L Lustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques; elle s'appuie sur la figure unique, qui repré- sente le dispositif selon l'invention. Dans un boîtier 10 destiné à un dispositif à semiconduc- teur formé sur une puce semiconductrice 18, un éLément de support 11 est formé à partir d'un cylindre de cuivre de façon à comprendre un collet 17 et un épaulement arrondi 16 Après sa formation, on applique un placage de nickel au support Un côté de la puce 18 est fixé dans le collet par application d'une soudure 19 entre la puce et le fond du collet Un éLément couvercle 12 est conçu pour entrer dans le collet et est de même formé en cuivre plaqué par du nickel. L'éLément couvercle 12 comporte une partie de base 14 destinée à offrir une surface soudable et une partie possédant des méplats, tels que le méplat 15, servant à faciliter le traitement mécanisé. L'éLément couvercle 12 est soudé à l'autre côté de la puce 18 par une soudure 100 Le vide entre l'éLément couvercle 12 et l'éLément de support 11 est rempli d'un composé d'empotage 101, par exemple à l'aide d'un distributeur multipoint Selon une autre possibilité, on peut appliquer un moyen de remplissage automatique. On aura compris que l'invention produit un boîtier avantageux pour dispositif à semiconducteur, en particulier diode de puissance, o l'élément couvercle 12 et l'éLément de support 11 peuvent constituer les électrodes du dispositif De façon importante, le collet assure une protection physique du dispositif, tandis que le transfert de chaleur s'effectue depuis les deux côtés du dispositif; en outre, le boîtier est asymétrique, ce qui est utile pour l'installation Le boîtier est susceptible d'une fabri- cation mécanisée et l'article fini est compact De façon importante, on peut l'utiliser comme rechange pour des boîtiers de la technique antérieure, de façon directe, mais sans les limites de résistance physique qui sont propres à ces boîtiers. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du boîtier dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Boîtier pour dispositif à semiconducteur, caractérisé en ce qu'il comporte un élément de support ( 11) et un élément couvercle ( 12), l'élément de support possédant un collet ( 17) afin de recevoir une puce semiconductrice ( 18) portant le dispositif et destinée d'un côté à y être fixée de façon à être en contact thermique avec l'élément de support et destinée en outre à être fixée, sur l'autre côté, audit élément couvercle de façon à être contact thermique avec celui-ci, l'élément couvercle entrant dans le collet. 2 Boîtier pour dispositif à semiconducteur selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que l'élément couvercle et l'élément de support sont en contact électrique avec la puce semiconductrice. 3 Boîtier pour dispositif à semiconducteur selon la reven- dication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément couvercle et l'élément de support sont en ajustement fin. 4 Boîtier pour dispositif à semiconducteur selon la reven- dication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'élément couvercle présente un collet, la puce entrant dans le collet. Boîtier pour dispositif à semiconducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif est une diode. 6 Boîtier pour dispositif à semiconducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément couvercle et l'élément de support sont isolés l'un de l'autre. 7 Boîtier pour dispositif à semiconducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le vide formé entre l'élément couvercle et l'élément de support est rempli d'un composé d'empotage ( 101).