Brevet FR2742925A1 — publié le 19970627

La présente invention concerne un dispositif à semiconducteur, plus particulièrement un dispositif à semiconducteur du type possédant une monture qui est fixée de manière assurée sur une carte de circuit de façon qu'un élément semi- conducteur soit soutenu par cette monture. Un dispositif à semiconducteur connu comporte une carte de circuit sur laquelle une monture faite de cuivre est fixée afin de soutenir un élément semicon- ducteur. La monture a pour action de rayonner vers l'extérieur la chaleur produite par l'élément semiconducteur lors du fonctionnement afin d'augmenter l'intensité admissible pour le courant électrique. Toutefois, la monture tend à se placer sur la carte de circuit suivant une position inclinée en raison de la quantité irrégulière de métal de brasure qui se trouve entre la surface plane de la monture et la carte de circuit. De plus, il est très difficile de fixer la monture sur la carte de circuit suivant une position parfaitement perpendiculaire, présentant une épaisseur uniforme de métal de brasage sur toute la surface plane de la monture. En outre, il est également impossible d'effectuer, de facon réelle, le brasage d'une pluralité de montures sur la carte de circuit de façon qu'il y ait une épaisseur constante de métal de brasage permettant d'obtenir un même niveau, même si les montures sont fixées de façon correcte sur la carte de circuit dans la position perpendiculaire. Dans le cas o la monture est fixée sur la carte de circuit en position inclinée, il n'est pas possible de fixer correctement un élément semiconducteur sur la monture par soudage de puce, et on ne peut pas connecter les extrémités de minces fils conducteurs sur les électrodes de l'élément semiconducteur, de sorte qu'il en résulte un défaut de connexion ou une déconnexion des fils minces. De plus, une épaisseur inégale ou insuffisante de métal de brasage entraîne des pro- priétés électriques incorrectes ou une détérioration du dispositif à semiconducteur lors d'un essai d'ambiance, par exemple un essai thermique sévère ou un essai de fatigue thermique, et, parfois, la fixation de la monture en position inclinée donne naissance à certaines difficultés lors de l'opération de fabrication du dispositif à semiconducteur. Un but de l'invention est de fournir un dispositif à semiconducteur dans lequel on peut éviter de fixer une monture en position inclinée sur une carte de cir- cuit. Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif à semiconduc- teur dans lequel on peut assurer qu'une monture sera fixée sur la carte de circuit de manière correcte dans la position perpendiculaire. Le dispositif à semiconducteur selon l'invention comporte un support, une monture fixée sur le support à l'aide de métal de brasage, et un élément semi- conducteur fixé sur la monture. La monture est dotée d'au moins une surface inclinée formée au niveau de la périphérie qui regarde vers le support et d'une pluralité de pattes formées intérieurement par rapport à la surface inclinée de manière à former au moins une indentation entre les pattes. La surface inclinée s'écarte de façon divergente par rapport au support, et les pattes sont en contact avec le support. Le métal de brasage est disposé dans l'intervalle comportant l'indentation et une zone d'évasement comprise entre le support et la surface inclinée de la monture, entre le support et la monture. Selon un mode de réalisation de l'invention, la monture se présente sous une forme sensiblement rectangulaire afin de former quatre surfaces inclinées, et les pattes forment une indentation en croix vers l'extérieur qui se prolongent depuis chaque surface inclinée. Les pattes sont en forme de colonnes ou de parties saillantes allongées qui sont séparées les unes des autres, se prolongeant depuis la monture. Le support comporte une carte de circuit sur laquelle au moins une électrode et un conducteur de circuit sont formés en vue de l'établissement de connexions électriques. Le procédé de fabrication d'un dispositif à semiconducteur selon l'invention comprend les opérations suivantes: produire une monture dotée d'une pluralité de pattes solidairement formées et d'au moins une surface inclinée qui est formée au niveau de la périphérie; empiler successivement, sur une électrode for- mée sur un support, de la pâte de soudure adhésive, la monture, de la pâte de sou- dure adhésive et une puce semiconductrice afin de former un sousensemble; et chauffer le sous-ensemble afin de refondre les parties en pâte de soudure, puis refroidir celles-ci jusqu'à solidification complète afin de souder simultanément la monture et la puce semiconductrice sur le support. Le gaz produit dans le métal de brasage est libéré pendant le processus de chauffage, via au moins une indentation formée entre les pattes et la surface inclinée, hors du métal de brasage, ce qui empêche le piégeage de bulles dans celui-ci. Les pattes formées dans la monture ont pour action d'empêcher le placement incliné de la monture sur le support en même temps que l'obtention d'une épaisseur sensiblement uniforme de métal de brasage entre le support et la monture. De plus, la monture est fermement soudée au support par le métal de brasage qui remplit l'indentation réalisée entre les pattes ainsi que la zone évasée qui se trouve entre le support et la surface inclinée de la monture, d'une façon qui empêche l'écaillage et le détachement de la monture par rapport au support lorsque le dispositif à semiconducteur est utilisé dans des conditions de variations sévères de la température ambiante. De ce fait, le dispositif à semiconducteur peut conser- ver de bonnes propriétés électriques pendant toute sa longue durée d'utilisation et améliorer le rendement de fabrication. Une pluralité de pattes séparées les unes des autres assure une fixation stable de la monture, empêchant qu'elle ne se mette en position inclinées, puisque le gaz produit dans le métal de brasage est libéré via l'indentation hors du métal de brasage, ce qui empêche le piégeage de bulles dans le métal, et une amélioration de la résistance du brasage. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1 est une vue en coupe partielle d'un mode de réalisation du dispositif à semiconducteur selon l'invention; la figure 2 est une vue en plan partielle du dispositif à semiconducteur; la figure 3 est une vue latérale d'une monture utilisant le dispositif à semiconducteur représenté sur la figure 1; la figure 4 est une vue de dessous de la monture; la figure 5 est une vue en coupe partielle d'un deuxième mode de réalisation du dispositif à semiconducteur selon l'invention; la figure 6 est une vue latérale de la monture utilisée dans le deuxième mode de réalisation de la figure 5; et la figure 7 est une vue de dessous de la monture utilisant le deuxième mode de réalisation de la figure 5. Sur les figures 1 à 4, est représenté un premier mode de réalisation du dispositif à semiconducteur selon l'invention. Comme représenté sur la figure 1, le dispositif à semiconducteur comprend une carte de circuit 1 destinée à former un support de céramique, par exemple d'alumine (A1203), une monture 2 fixée à la carte de circuit 1, et une puce 3 formant une diode de silicium (Si), qui constitue un élément semiconducteur. Bien que ceci ne soit pas représenté, la monture 2 com- prend une base de cuivre et un revêtement métallique formé sur la base. Le revêtement métallique est constitué d'une première couche de placage en nickel (Ni) formée sur la base et d'une deuxième couche de placage en argent (Ag) formée sur la première couche. Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, une électrode (plot) 4 et un conducteur de circuit 5 connecté avec l'électrode 4 sont montés sur une surface principale la de la carte de circuit 1. L'électrode possède une forme sensiblement rectangulaire, analogue à la forme de la monture 2, de manière à assurer des conditions préférées de soudage de la monture 2 sur l'électrode 4. Comme on peut le voir sur les figures 3 et 4, la monture 2 comprend un corps principal 4 en forme de plaque et quatre pieds 7 en forme de colonnes. Une surface inclinée 8 est prévue au niveau de la périphérie complète d'une première surface principale 6a du corps principal 6, celle qui regarde vers la carte de circuit 1. La surface inclinée 8 s'écarte de manière divergente par rapport à la carte de circuit 1 afin de former une zone d'évasement 13 entre la carte de circuit 1 et la surface inclinée 8 du corps principal 6. Dans ce mode de réalisation, la surface inclinée 8 présente la forme d'un arc possédant un certain rayon de courbure. Quatre pieds 7 sont formés au voisinage des quatre coins 6b et se trouvent légèrement à l'intérieur de la surface inclinée 8 afin de former une indentation en croix 14 entre les pattes 7 qui ont toutes sensiblement la même longueur de prolongement depuis la première surface principale 6a. Deux des coins 6b de la monture 2 représentée par une ligne en trait interrompu sur la figure 2 sont connectés avec le conducteur de circuit 5. Dans ce mode de réalisation, l'aire superficielle de l'électrode 4 est légèrement plus grande que l'aire, en plan, de la monture 2. Aucune surface inclinée n'est prévue au niveau de la périphérie de la deuxième surface principale 6c. La première surface principale 6a de la monture 2 est fixée à l'électrode 4 de la carte de circuit 1 par de la soudure 9, sous forme de métal de brasage, remplissant l'indentation 14 et la zone évasée 13. Puisque chaque surface inférieure 7a des pattes 7 est mise en contact avec l'électrode 4, la monture 2 peut être fixée sur l'électrode 4 de façon que la première surface inférieure 6a du corps principal 6 soit maintenue de manière sensiblement parallèle par rapport à la surface de l'élec- trode 4 en raison de la longueur identique présentée par les quatre pieds 7. La sou- dure 9 remplit complètement les intervalles contenant la zone évasée 13 et l'inden- tation 14 formés entre la monture 2 et l'électrode 4 de façon à souder la première surface principale 6a du corps principal 6, les parois latérales des pattes 7, les surfaces inclinées 8 et la surface de l'électrode 4. La soudure 9 s'étend sur toute la surface de l'électrode 4 et sur une partie du conducteur de circuit 5. Comme l'aire superficielle de l'électrode 4 est légèrement plus grande que l'aire, en plan, du corps principal 6, la surface extérieure de la soudure 9 se présente sous la forme d'un tunnel inversé qui diverge en direction de l'électrode 4. Une puce 3 formant une diode est fixée sur la deuxième surface principale 6c du corps principal 6 par de la soudure 10. Dans ce mode de réalisa- tion, on utilise le procédé bien connu de refusion de la soudure pour appliquer les soudures 9 et 10 respectives entre la monture 2 et l'électrode 4 et entre la monture 2 et la puce formant une diode 3. Plus spécialement, on forme un sous-assemblage en empilant successivement sur l'électrode 4 de la pâte de soudure adhésive, la monture 2, de la pâte de soudure adhésive, et la puce formant une diode 3. On transporte le sous-ensemble dans un moyen chauffant ou un four, afin de faire refondre les parties de pâte de soudure, puis on refroidit les parties de pâte de soudure jusqu'à complet durcissement de manière à souder simultanément la mon- ture 2 et la puce formant une diode 3 sur l'électrode 4. Il est possible d'appliquer à ce sous-ensemble un autre procédé de soudage. Ce mode de réalisation de l'invention peut produire les effets suivants. 1. Les pattes 7 formées au voisinage des quatre coins 6b de la monture 2 sont en contact avec l'électrode 4 de façon à caler la position de la monture 2 et ainsi empêcher une fixation inclinée de la monture 2 sur l'électrode 4. De plus, le corps principal 6 est maintenu écarté de l'électrode 4, sensiblement parallèlement à celle-ci, par les pieds 7, une épaisseur sensiblement uniforme de soudure 9 se trouvant entre l'électrode 4 et la monture 2. 2. La monture 2 peut être fermement soudée à l'électrode 4 par la soudure 9 remplissant l'indentation 14 qui se trouve entre les pattes 7 et la zone évasée 13 qui se trouve entre l'électrode 4 et la surface inclinée 8 de la monture 2. 3. La surface externe de la soudure 9 présente la forme d'un tunnel inversé qui diverge en direction de l'électrode 4, dont l'aire superficielle est légère- ment plus grande que l'aire, en plan, du corps principal 4, ce qui assure une aire de soudage suffisante pour la soudure 9. 4. Une aire de soudage supplémentaire est de plus offerte par la partie du conducteur de circuit 5 sur laquelle la soudure 9 est étalée. 5. La pluralité des pieds 7 séparés les uns des autres offre une fixation stable de la monture 2 d'une façon qui évite l'inclinaison de la monture 2. 6. Le gaz produit dans la soudure 9 est libéré via l'indentation 14 hors de la soudure 9, de manière que soit empêché le piégeage des bulles formées par l'évaporation du flux que contient la pâte de soudure, ceci améliorant la résistance de la soudure. 7. L'écaillage ou le détachement de la monture 2 par rapport à l'élec- trode 4 peut être évité lorsqu'on emploie le dispositif à semiconducteur dans les conditions de variations sévères de la température ambiante. 8. Le dispositif à semiconducteur obtenu peut maintenir efficacement de bonnes propriétés électriques pendant sa longue durée d'utilisation et améliorer le rendement de fabrication. Les figures 5 à 7 montrent un deuxième mode de réalisation de l'invention, o la monture 11 possède des pattes 12 se présentant sous la forme de parties saillantes allongées. On applique les mêmes symboles de référence pour désigner des parties identiques sur les figures 5 à 7 et sur les figures 1 à 4. Chacune des pattes 12 possède une section droite en forme de V, et deux rangées des pattes 12 sont séparées l'une de l'autre à l'intérieur de deux parois latérales opposées. Il est clairement évident que le deuxième mode de réalisation offre des effets analogues à ceux du précédent mode de réalisation. Les modes de réalisation présentés ci-dessus de l'invention peuvent être modifiés en fonction de demandes réelles. Par exemple, on peut donner aux pieds 7 une forme rectangulaire en section droite, même si la forme arrondie des pieds 7 en section droite est mieux adaptée à l'évacuation des bulles contenues dans la soudure 9. De plus, les pieds 17 peuvent avoir une forme rectangulaire ou une forme de U en section droite. Le corps principal 6 peut présenter la forme d'un disque. Des conducteurs de circuit supplémentaires peuvent être prévus sur la carte de circuit 1 pour être connectés avec l'électrode 4, laquelle peut être formée selon l'une, choisie, de diverses formes. Il est possible d'omettre le conducteur de circuit , si cela est nécessaire. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir des dispositifs et des procédés dont la description vient d'être donnée à titre simple- ment illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif à semiconducteur, qui comporte un support (1), une monture (2) fixée sur ledit support par du métal de brasage, et un élément semi- conducteur (3) fixé sur ladite monture, caractérisé en ce que: ladite monture est dotée d'au moins une surface inclinée (8) formée au niveau de la périphérie, qui regarde vers ledit support, et d'une pluralité de pattes (7; 12) formées intérieurement par rapport à ladite surface inclinée de façon à constituer au moins une indentation (14) entre lesdites pattes; ladite surface inclinée s'écarte de manière divergente par rapport audit support; lesdites pattes sont en contact avec ledit support; et ledit métal de brasage (9) est disposé dans l'intervalle formé entre ledit support et la monture, ledit intervalle comportant ladite indentation et une zone d'évasement (13) formée entre ledit support et ladite surface inclinée de ladite monture. 2. Dispositif à semiconducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite monture (2) présente sensiblement une forme rectangulaire de façon à avoir quatre surfaces inclinées, et lesdites pattes (7; 12) forment l'indentation de façon que celle-ci se prolonge vers l'intérieur depuis chaque surface inclinée. 3. Dispositif à semiconducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites pattes (7) présentent la forme de colonnes séparées les unes des autres, qui font saillies de ladite monture (2). 4. Dispositif à semiconducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites pattes (12) présentent la forme de parties saillantes allongées, sépa- rées les unes des autres, qui font saillie de ladite monture (2). 5. Dispositif à semiconducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit support comporte une carte de circuit (1) sur laquelle au moins une électrode (4) et un conducteur de circuit (5) sont formés en vue de l'établissement de connexions électriques. 6. Procédé de fabrication d'un dispositif à semiconducteur, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: prévoir une monture qui est dotée d'une pluralité de pattes solidaire- ment formées et d'au moins une surface inclinée qui est formée au niveau de la périphérie; empiler successivement, sur une électrode formée sur un support, de la pâte de soudure adhésive, ladite monture, de la pâte de soudure adhésive, et une puce semiconductrice, afin de former un sous-ensemble; et chauffer ledit sous-ensemble afin de faire refondre lesdites parties de pâte de soudure, puis refroidir celles-ci jusqu'à complet durcissement afin de souder simultanément ladite monture et ladite puce semiconductrice sur ledit support. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le gaz produit dans le métal de brasage est libéré pendant le processus de chauffage au moins par l'intermédiaire d'une indentation formée entre lesdites pattes et ladite surface inclinée, hors du métal de brasage, ce qui empêche le piégeage de bulles dans ce métal.