Brevet FR2700416A1 — publié le 19940713

i DISPOSITIF A SEMICONDUCTEURS COMPORTANT UN ELEMENT SEMICONDUCTEUR SUR UN ELEMENT DE MONTAGE La présente invention concerne un dispositif à semiconducteurs, et en particulier un dispositif à semi- conducteurs dans lequel un élément semiconducteur est monté sur une surface de montage d'un élément de montage, tandis qu'une partie de la surface de l'élément de montage qui n'est pas une surface de montage, est moulée selon une configuration en forme de cadre, avec une matière de moulage. La figure 10 montre une représentation en coupe transversale d'un exemple d'un dispositif à semiconduc- teurs classique En se référant au dessin, on note que le dispositif comporte un élément semiconducteur 1 collé et monté sur une surface (surface supérieure, sur la repré- sentation de la figure 10) d'un élément de montage 2, au moyen d'un adhésif 3 Des conducteurs intérieurs 5 sont connectés électriquement à l'élément semiconducteur 1 par des fils 4 L'élément semiconducteur 1, l'élément de montage 2, l'adhésif 3, les fils 4 et les conducteurs intérieurs 5 sont moulés avec une matière de moulage 6 pour former une structure moulée Certaines parties d'éléments conducteurs qui se prolongent à partir des conducteurs intérieurs 5 et qui s'étendent à l'extérieur de la matière de moulage 6 constituent des conducteurs extérieurs 7. Dans le dispositif à semiconducteurs classique ayant la structure cidessus, la structure moulée du dispositif a une épaisseur totale D, l'élément semiconduc- teur 1 a une épaisseur dl et la partie de la matière de moulage 6 qui est disposée au-dessous, ou sur le côté arrière de l'élément de montage 2, a une épaisseur d 2. Lorsque l'épaisseur totale D de la structure moulée est réduite pour réduire l'épaisseur globale du dispositif à semiconducteurs, l'épaisseur d 2 de la partie arrière de la matière de moulage 6 est réduite de façon correspondante. Dans un processus de moulage par de la résine, cette partie de la matière de moulage 6 ne peut pas être formée de façon à couvrir parfaitement la surface arrière de l'élément de montage 2, et par conséquent les caractéris- tiques de moulage de la matière de moulage 6 peuvent être dégradées Bien que l'épaisseur dl de l'élément semicon- ducteur 1 lui-même puisse être réduite, on ne peut pas réduire aisément cette épaisseur d 1 sans faire apparaître des inconvénients tels qu'une moindre fiabilité de l'élément semiconducteur 1. Il est apparu récemment une demande du marché portant sur des dispositifs à semiconducteurs ayant des caractéristiques de rayonnement thermique élevées Pour obtenir des caractéristiques de rayonnement thermique élevées pour un dispositif à semiconducteurs, il est possible d'adopter par exemple une structure dans laquelle l'élément de montage 2 est à nu à l'extérieur du dispo- tif. La figure 11 montre une représentation en coupe transversale d'un exemple d'un dispositif à semiconduc- teurs classique qui est construit de façon à avoir une partie à nu Comme représenté sur la figure 11, la tota- lité de la surface arrière de l'élément de montage 2 est à nu Cependant, il en résulte une concentration de con- traintes sur une partie de bord 2 A de l'élément de montage 2 Ceci est un inconvénient dans la mesure o la matière de moulage 6 et l'élément de montage 2 peuvent se séparer à l'interface entre eux, affectant ainsi défavorablement la fiabilité du dispositif à semiconducteurs. Les dispositifs à semiconducteurs classiques ont donc les problèmes suivants: les caractéristiques de moulage d'une matière de moulage sont dégradées dans une partie de la matière qui se trouve sur la face arrière de l'élément de montage; et une structure dans laquelle la partie de montage est partiellement à nu dans le but d'obtenir des caractéristiques de rayonnement thermique élevées affecte défavorablement la fiabilité du dispositif à semiconducteurs. Un but de la présente invention est de procurer un dispositif à semiconducteurs ayant de bonnes caracté- ristiques de moulage et étant capable de présenter des caractéristiques de rayonnement thermique élevées et une fiabilité élevée. La présente invention procure un dispositif à semiconducteurs comprenant: un élément semiconducteur; un élément de montage ayant une première surface sur laquelle l'élément semiconducteur est monté et est fixé; des conducteurs intérieurs pour assurer la connexion électri- que avec l'élément semiconducteur; des moyens de conduc- tion par l'intermédiaire desquels l'élément semiconducteur et les conducteurs intérieurs peuvent être connectés élec- triquement ensemble; une matière de moulage avec laquelle l'élément semiconducteur, l'élément de montage, les conducteurs intérieurs et les moyens de conduction sont moulés; et des conducteurs extérieurs qui se prolongent à partir des conducteurs intérieurs et qui s'étendent à l'extérieur de la matière de moulage, les conducteurs intérieurs et les conducteurs extérieurs constituant respectivement des parties intérieures et extérieures d'éléments conducteurs, dans lequel la section de montage a une partie de bord qui est moulée selon une configura- tion en forme de cadre, avec une partie de la matière de moulage, et dans lequel une seconde surface de la section de montage sur laquelle l'élément semiconducteur n'est pas monté, comporte une partie centrale qui n'est pas incluse dans la partie de bord de l'élément de montage et qui n'est pas moulée avec la matière de moulage, la partie centrale de la seconde surface formant une surface à nu du dispositif qui est en communication avec l'extérieur du dispositif. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation, donnés à titre d'exemple non limitatifs La suite de la descrip- tion se réfère aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une coupe transversale d'un dispositif à semiconducteurs conforme à un premier mode de réalisation de la présente invention; La figure 2 est une vue en plan du dispositif représenté sur la figure 1, par le côté arrière du dispo- sitif; La figure 3 est une coupe transversale d'un dispositif à semiconducteurs conforme à un second mode de réalisation de la présente invention; La figure 4 est une coupe transversale d'un dispositif à semiconnducteurs conforme à un troisième mode de réalisation de la présente invention; La figure 5 est une coupe transversale d'un dispositif à semiconducteurs conforme à un quatrième mode de réalisation de la présente invention; La figure 6 est une coupe transversale d'un dispositif à semiconducteurs conforme à un cinquième mode de réalisation de la présente invention; La figure 7 est une coupe transversale d'un dispositif à semiconducteurs conforme à un sixième mode de réalisation de la présente invention; La figure 8 est une coupe transversale d'un dispositif à semiconducteurs conforme à un septième mode de réalisation de la présente invention; La figure 9 est une vue en plan du dispositif représenté sur la figure 8, par le côté arrière du dispo- sitif; La figure 10 est une coupe transversale d'un dispositif à semiconducteurs classique; et La figure 11 est une coupe transversale d'un autre dispositif à semiconducteurs classique. Premier mode de réalisation Un dispositif à semiconducteurs conforme à un premier mode de réalisation de la présente invention est représenté sur les figures 1 et 2, respectivement en coupe transversale et en vue en plan par le côté arrière du dispositif Dans ces dessins ainsi que dans les autres, des références numériques semblables désignent les éléments identiques ou correspondants En se référant aux figures 1 et 2, on note que le dispositif à semiconduc- teurs comporte un élément semiconducteur monté sur une première surface (surface supérieure sur la représentation de la figure 1) d'un élément de montage 2 L'élément de montage 2 comporte une partie de bord 2 a moulée selon une configuration en forme de cadre avec une partie d'une matière de moulage 6 Une seconde surface de l'élément de montage 2 sur laquelle l'élément semiconducteur 1 n'est pas monté comporte une partie centrale qui n'est pas incluse dans la partie de bord de l'élément de montage 2 et qui n'est pas moulée avec la matière de moulage 6. Cette partie centrale de la seconde surface de l'élément de moulage 2 forme une surface à nu 2 b du dispositif qui est en communication avec l'extérieur du dispositif. Dans le dispositif à semiconducteurs ayant la structure décrite cidessus, même lorsque l'épaisseur globale du dispositif à semiconducteurs est réduite, ce qui fait que l'épaisseur totale D de la structure moulée avec la matière de moulage 6 est réduite à une valeur relativement faible et l'épaisseur d 3 de la partie de la matière de moulage 6 sur la seconde surface de l'élément de montage 2 est réduite à une valeur relativement faible, la seule partie qui doit être formée est une partie de la matière de moulage 6 correspondant à une largeur d 4 de la partie de bord 2 a sur la seconde surface de l'élément de montage 2 Par conséquent, pendant un processus de moulage avec de la résine employant un moule, il n'est pas néces- saire de charger une quantité de résine pour la totalité de la seconde surface de l'élément de montage 2, et par conséquent le moulage avec la résine est facilité Un tel moulage avec de la résine est effectué en prenant une valeur nécessaire maximale de la largeur d 4 pour obtenir une liaison suffisante entre la matière de moulage 6 et l'élément de montage 2. Lorsque la largeur d de la partie de bord 2 a sur la seconde surface est fixée à une valeur faible, ceci est avantageux par le fait que l'aire de la surface à nu 2 b est augmentée, ce qui augmente l'effet de rayonnement. Du fait que la partie de bord 2 a de l'élément de montage 2 est moulée, il est possible de réduire la concentration de contraintes sur la partie de bord 2 a qui se produit dans la structure qui est représentée sur la figure 11. Il est ainsi possible de réaliser un dispositif à semiconducteurs qui présente de bonnes caractéristiques de moulage et des caractéristiques de rayonnement élevé, et qui soit capable de satisfaire des exigences concernant certaines caractéristiques de dispositifs à semiconduc- teurs, c'est-à-dire les caractéristiques de rayonnement et la fiabilité. Second mode de réalisation Un dispositif à semiconducteur conforme à un second mode de réalisation de la présente invention est représenté en coupe transversale sur la figure 3 Le dispositif à semiconducteurs est du type LOC (pour "lead- on-chip", c'est-à-dire "conducteur surlapuce"), dans lequel des conducteurs intérieurs 5 sont prolongés au-dessus de l'élément semiconducteur 1 Lorsqu'on compare ce type de dispositif à semiconducteurs avec le dispositif à semi- conducteurs qui est représenté sur la figure 1, du fait que les conducteurs intérieurs 5 du dispositif mentionné en premier s'étendent sur l'élément semiconducteur 1, l'épaisseur totale D de la structure moulée est augmentée de l'épaisseur des conducteurs intérieurs 5, et de l'épaisseur d'une partie de la matière de moulage 6 qui se trouve entre les conducteurs intérieurs 5 et l'élément semiconducteur 1 Il en résulte que lorsqu'on adopte la même épaisseur totale D que pour le dispositif représenté sur la figure 1, la matière de moulage 6 dans le dispo- sitif représenté sur la figure 3 a une épaisseur d 3 encore plus faible que l'épaisseur comparable dans le dispositif représenté sur la figure 1 Par conséquent, dans le second mode de réalisation, l'avantage que procurre la configura- tion de la présente invention, dans laquelle la partie de bord 2 a de l'élément de montage 2 est moulée selon une configuration en forme de cadre avec la matière de moulage 6, est encore augmenté, et les caractéristiques de défini- tion de la forme de la matière moulée sont fortement améliorées. Troisième mode de réalisation Un dispositif à semiconducteurs conforme à un troisième mode de réalisation est représenté en coupe sur la figure 4 Le mode de réalisation qui est représenté sur la figure 4 se distingue par le fait qu'un isolateur 8 est placé sur la surface à nu 2 b, c'est-à-dire la seconde surface de l'élément de montage 2 On peut former l'isola- teur 8 sur la surface à nu 2 b par une technique telle que l'enrobage, la sérigraphie ou l'immersion Cette configu- ration est efficace, par exemple, lorsque l'élément de montage 2 doit fournir un potentiel de masse conformément à certaines caractéristiques de l'élément semiconducteur 1, ou lorsque le dispositif à semiconducteurs doit avoir une structure différente de celle représentée sur la figure 1, conformément aux conditions dans lesquelles le dispositif doit être utilisé. Par exemple, lorsqu'une partie de connexion 20 qui est formée sur l'élément de montage 2 est connectée électriquement à l'élément semiconducteur 1 par un ou plusieurs des fils 4, tandis que l'élément de montage 2 est relié à la masse, l'élément semiconducteur 1 peut être le siège d'un court-circuit électrique ou d'une fuite pendant l'utilisation réelle du dispositif à semiconduc- teurs L'existence de l'isolateur 8 sur la surface à nu 2 b permet d'éviter que l'élément semiconducteur 1 ne soit mis en court-circuit lorsqu'il y a un risque que des fils extérieurs ou autres puissent venir en contact avec la surface à nu 2 b du dispositif. L'isolateur 8 peut être formé sur la surface à nu 2 b par une technique autre que celles mentionnées ci- dessus En outre, l'isolateur 8 peut être formé avant ou après le moulage de l'élément semiconducteur 1, etc, avec la matière de moulage 6. Quatrième mode de réalisation Un dispositif à semiconducteurs conforme à un quatrième mode de réalisation de la présente invention est représenté en coupe sur la figure 5 En se référant à la figure 5, on note que ce mode de réalisation se distingue par le fait que l'élément semiconducteur 1 est fixé sur l'élément de montage 2 par un adhésif consistant en une résine isolante 3 a Cette configuration est efficace lors- que la surface arrière de l'élément semiconducteur 1 est conçue de façon à fournir un potentiel de masse (par exemple lorsque la surface arrière est métallisée) Ainsi, avec la structure ci-dessus, on peut éviter des courts- circuits dûs au contact sur la surface à nu 2 b ou une fuite, sans exiger un traitement séparé, et simplement en utilisant la résine isolante 3 a pour l'adhésif destiné à fixer l'élément semiconducteur 1 sur l'élément de montage 2. Cinquième mode de réalisation Un dispositif à semiconducteurs conforme à un cinquième mode de réalisation de la présente invention est représenté en coupe sur la figure 6 Le mode de réalisa- tion qui est représenté sur la figure 6 se distingue par le fait qu'un élément de connexion 9 est placé sur la surface à nu de l'élément de montage 2, par l'utilisation d'un adhésif conducteur de l'électricité 10 Les conduc- teurs extérieurs 7 du dispositif à semiconducteurs sont connectés à des pistes d'interconnexion lla d'une carte de circuit imprimé 11, par un procédé tel qu'un procédé de montage en surface en phase vapeur (ou VSP), ou un procédé de refusion par IR, pendant un processus de montage Dans ce processus, l'élément de connexion 9 est fixé à une région de masse 11 b de la carte de circuit imprimé 11 par un adhésif conducteur de l'électricité 12, de façon que l'élément semiconducteur 1 puisse obtenir un potentiel de masse directement à partir de la carte de circuit imprimé 11 Dans ce cas, l'adhésif 3 avec lequel l'élément semi- conducteur 1 est fixé sur l'élément de montage 2 est évidemment constitué par un matériau conducteur de l'élec- tricité L'adhésif conducteur de l'électricité 12 consiste par exemple en un alliage de brasage à bas point de fusion L'élément de connexion 9 peut consister en une matière telle que Cu ou Cu W Bien que les matières que l'on peut utiliser pour former l'élément de connexion 9 ne soient pas limitées de façon spécifique, la sélection d'une matière telle que Cu, ayant une conductivité thermique élevée, permet d'obtenir un effet secondaire d'amélioration des caractéristiques de rayonnement thermi- que du dispositif à semiconducteurs. Sixième mode de réalisation Un dispositif à semiconducteurs conforme à un sixième mode de réalisation de la présente invention est représenté en coupe transversale sur la figure 7 Comme le montre la figure 7, ce mode de réalisation se distingue par le fait que la surface à nu 2 b sur l'élément de montage 2 est dirigée vers le haut (sur la représentation du dessin), pour constituer la surface à nu supérieure du dispositif à semiconducteurs, et les conducteurs exté- rieurs 7 sont formés de façon correspondante En outre, un élément rayonnant 13 est fixé sur la surface à nu 2 b par un adhésif 14 L'existence de l'élément rayonnant 13 permet une amélioration supplémentaire des caractéristi- ques de rayonnement du dispositif à semiconducteurs. Lorsque l'adhésif 14 consiste en un adhésif isolant, il est possible d'obtenir un effet d'isolation similaire à celui qui est obtenu dans le troisième mode de réalisa- tion, représenté sur la figure 4 On peut également obtenir un effet de cette sorte lorsqu'un isolateur est déposé sur l'élément rayonnant 13 L'élément rayonnant 13 peut être formé d'un seul tenant avec l'élément de montage 2. Septième mode de réalisation Un dispositif à semiconducteurs conforme à un septième mode de réalisation de la présente invention est représenté sur la figure 8 et la figure 9 qui sont respec- tivement une coupe transversale et une vue en plan par le côté arrière du dispositif En se référant à ces dessins, on note que ce mode de réalisation se distingue par le fait que des cavités 25 destinées à empêcher l'écoulement de la matière de moulage 6, sont formées sur la seconde surface de l'élément de montage 2 Plus précisément, les il cavités 25 destinées à empêcher l'écoulement sont formées à un premier emplacement sur la seconde surface qui est inclus dans la partie de bord 2 a de l'élément de montage 2, moulée avec une configuration en forme de cadre avec une partie 6 a de la matière de moulage 6, et à un second emplacement sur la seconde surface qui est adjacent à la partie 6 a de la matière de moulage 6 formant la configura- tion en forme de cadre, mais qui n'est pas moulé avec cette partie La seconde surface de l'élément de montage 2 comprend une partie centrale sur laquelle aucune matière de moulage 6 n'est disposée et qui constitue la surface à nu 2 b du dispositif La formation des cavités 25 est avantageuse dans la mesure o même lorsque la matière de moulage 6, qui est moulée avec un moule 30, s'écoule vers l'intérieur à partir d'une position à laquelle la partie 6 a de la matière 6 doit être formée, l'écoulement de la matière de moulage 6 vers l'intérieur est arrêté par les cavités 25, ce qui permet de mouler la matière de moulage 6 avec une grande précision Des cavités 25 destinées à empêcher l'écoulement ne sont pas formées sur la partie centrale de la seconde surface de l'élément de montage 2, pour procurer des caractéristiques suffisantes de rayon- nement thermique. Comme décrit ci-dessus, un dispositif à semi- conducteurs est réalisé de façon à procurer les avantages suivants: la concentration de contraintes sur une partie de bord de l'élément de montage est réduite, ce qui permet d'obtenir une fiabilité élevée; aucune matière de moulage n'est disposée sur la partie à nu de la surface arrière de l'élément de montage sur laquelle l'élément semiconducteur n'est pas monté, ce qui facilite le moulage; et la matière de moulage peut avoir une très faible épaisseur, ce qui améliore les caractéristiques de moulage de cette matière de moulage En outre, lorsque l'élément semiconducteur est fixé sur l'élément de montage avec un adhésif isolant, il est possible de réaliser une structure pour isoler l'élément semiconducteur sans exiger un processus séparé. Lorsqu'un élément rayonnant est monté sur une surface à nu qui est formée par une partie de la surface arrière de l'élément de montage, il est possible d'améliorer les caractéristiques de rayonnement du dispositif à semicon- ducteurs Lorsque des cavités empêchant l'écoulement sont formées sur la surface arrière de l'élément de montage, à un premier emplacement qui est inclus dans une partie de bord de l'élément de montage qui est moulée selon une configuration en forme de cadre avec une partie de la matière de moulage, et à un second emplacement adjacent au premier emplacement et non recouvert par la matière de moulage, il est possible de mouler la partie de bord de l'élément de montage avec une partie de la matière de moulage, d'une manière telle que la matière de moulage ne puisse pas s'écouler vers le centre de la surface arrière de l'élément de montage. REVENDICATIONS 1 Dispositif à semiconducteurs comprenant: un élément semiconducteur ( 1); un élément de montage ( 2) ayant une première surface sur laquelle l'élément semi- conducteur ( 1) est monté et sur laquelle il est fixé; des conducteurs intérieurs ( 5) pour établir des connexions électriques avec l'élément semiconducteur ( 1); des moyens de conduction ( 4) par l'intermédiaire desquels l'élément semiconducteur ( 1) et les conducteurs intérieurs ( 5) peuvent être connectés électriquement ensemble; une matière de moulage ( 6) avec laquelle l'élément semiconduc- teur ( 1), l'élément de montage ( 2), les conducteurs inté- rieurs ( 5) et les moyens de conduction ( 4) sont moulés; et des conducteurs extérieurs ( 7) qui constituent des prolon- gements des conducteurs intérieurs ( 5) et qui s'étendent à l'extérieur de la matière de moulage ( 6), les conducteurs intérieurs ( 5) et les conducteurs extérieurs ( 7) consti- tuant respectivement des parties intérieures et extérieu- res d'éléments conducteurs; caractérisé en ce que l'élément de montage ( 2) a une partie de bord ( 2 a) moulée selon une configuration en forme de cadre avec une partie de la matière de moulage ( 6), et en ce qu'une seconde surface ( 2 b) de l'élément de montage ( 2), sur laquelle l'élément semiconducteur ( 1) n'est pas monté, comporte une partie centrale qui n'est pas incluse dans la partie de bord ( 2 a) de l'élément de montage ( 2) et qui n'est pas moulée avec la matière de moulage ( 6), cette partie centrale de la seconde surface ( 2 b) formant une surface à nu du dispositif qui est en communication avec l'extérieur du dispositif. 2 Dispositif à semiconducteurs selon la reven- dication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un isolateur ( 8) placé sur la partie centrale de la seconde surface ( 2 b) de l'élément de montage ( 2). 3 Dispositif à semiconducteurs selon la reven- dication 1, caractérisé en ce qu'il consiste en un dispo- sitif à semiconducteurs du type "conducteurs sur la puce", ou LOC. 4 Dispositif à semiconducteurs selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que l'élément semiconducteur ( 1) est fixé à l'élément de montage ( 2) par un adhésif isolant ( 3 a). Dispositif à semiconducteurs selon la reven- dication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un élément rayonnant ( 13) qui est placé sur la partie centrale de la seconde surface ( 2 b) de l'élément de montage ( 2). 6 Dispositif à semiconducteurs selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que l'élément de montage ( 2) comporte des cavités empêchant l'écoulement ( 25) qui sont formées sur sa seconde surface ( 2 b), ces cavités ( 25) étant formées à des premier et second emplacements sur la seconde surface ( 2 b), le premier emplacement étant inclus dans la partie de bord ( 2 a) de l'élément de montage ( 2) qui est moulée selon la configuration en forme de cadre avec la partie précitée de la matière de moulage ( 6), et le second emplacement étant adjacent au premier emplace- ment et non moulé avec la matière de moulage ( 6).