Brevet FR2740720A1 — publié le 19970509

La présente invention concerne de façon générale un ensemble de moules destiné à former un corps de boîtier protecteur d'une pastille semi-conductrice. Plus précisé- ment, elle concerne un ensemble de moules qui peut être utilisé dans un procédé de moulage par transfert et qui comprend des broches centrales d'éjection destinées à réduire la contrainte de moulage appliquée à la pastille semi-conductrice et à empêcher la formation de fissures dans la pastille et le corps du boîtier. Un boîtier de pastille semi-conductrice est non seule- ment destiné à former un corps protecteur assurant le fonc- tionnement et la fiabilité d'un dispositif à circuit intégré, mais est en outre un dispositif d'interconnexion électrique du dispositif à circuit intégré avec un système électronique externe. La technique de moulage de matière plastique, notamment des matières thermodurcissables et thermoplastiques, dans le corps protecteur, présente des avantages de faible coût et de production en série, mais avec une mauvaise fiabilité comparée à celle que donne la technologie du conditionnement céramique. Le procédé de moulage par transfert est très utilisé pour la formation d'un corps de boîtier de matière plas- tique. Le procédé commence par l'injection d'une composition liquide et chaude de moulage provenant d'un réservoir dans un certain nombre de cavités dans lesquelles est placé un ensemble formant une bande de cadres à fils de connexion et de pastilles semi-conductrices, et il se termine par l'éjection de la partie terminée. Un ensemble de moules peut être divisé en deux parties, un moule supérieur et un moule inférieur. Les moules supérieur et inférieur sont ouverts lorsque l'ensemble de la bande formée par les cadres à fils de connexion et les pastilles semiconductrices est mis en place et pendant l'étape d'éjection, et ils sont fermés pour l'injection de la composition de moulage dans les cavités. La réalisation des moules supérieur et inférieur est primor- diale pour le rendement de montage et la fiabilité du produit conditionné. La figure lA est une coupe indiquant que les moules supérieur et inférieur sont ouverts et qu'un ensemble à bande de cadres à fils de connexion et à pastilles semi- conductrices est mis en place, alors que la figure lB indique que les moules supérieur et inférieur sont fermés et qu'une composition de moulage est injectée dans une cavité, et la figure 1C représente une étape d'éjection du composant moulé en dehors de la cavité. Le moule supérieur 100 et le moule inférieur 102 ont deux châssis 90 et des plateaux 80. Les plateaux 80 sont des blocs massifs d'acier boulonnés aux parties supérieure et inférieure d'une presse de moulage (non représentée). Le plateau inférieur 80b comprend un plateau menant lb et un plateau 2b à broches d'éjection, et deux broches inférieures 8 d'éjection sont fixées au plateau 2b. Les broches inférieures 8 d'éjection sont destinées à pousser la pièce moulée en dehors de la cavité 6. Le plateau menant lb est chauffé, de même que le châssis 90, afin qu'une température de moulage reste constante. Le plateau supérieur 80a comporte aussi, comme le plateau inférieur 80b, un plateau menant la et un plateau 2a à broches d'éjec- tion. Cependant, une broche 4 de marquage d'identification et une broche supérieure 9 d'éjection sont fixées au plateau 2a. Les plateaux sont destinés à encaisser une pression telle que la force de serrage appliquée par la presse peut atteindre plusieurs dizaines de milliers de newtons. Les châssis 90 sont en réalité en contact avec la composition de moulage et lui donnent sa forme. Les châssis comprennent deux parties 90a et 90b, ayant chacune des boîtiers 3a et 3b et des barres 5a et 5b formant des cavités. La composition liquide et chaude de moulage est injectée dans la cavité 6 par un jet de coulée et un orifice (non représenté) formé dans les barres 5a et 5b et l'air contenu dans la cavité est chassé par des trous de ventilation (non représentés) qui sont aussi formés dans les barres. Lorsque le moule supérieur 100 et le moule inférieur 102 sont ouverts comme indiqué sur la figure 1C, un ensemble comprenant une pastille semiconductrice 10 et une bande 7 à cadre à fils de connexion est aligné et positionné dans la cavité 6. La pastille 10 est interconnectée électriquement au cadre par un fil de liaison 11. Lorsque les moules supérieur et inférieur sont fermés comme indiqué sur la figure lB, une composition de moulage 104 est injectée dans la cavité 6 par un jet de coulée et l'orifice d'introduc- tion. Comme la composition de moulage a des propriétés adhésives qui accroissent sa liaison à elle-même et à la pastille 10 et au cadre 7, elle colle aussi à la surface des barres supérieure et inférieure 5a et 5b donnant la forme de la cavité 6. En conséquence, des broches supplémentaires 4, 8 et 9 d'éjection doivent être utilisées pour la séparation de la pièce moulée de la cavité. L'étape d'éjection est réalisée de la manière suivante. D'abord, après l'injection de la composition de moulage, le plateau supérieur 80a et le châssis supérieur 90a se déplacent vers le haut et, simulta- nément, la broche 8 formant une marque d'identification et la broche 9 d'éjection supérieure poussent le corps 104 du boîtier moulé. Ensuite, Par soulèvement du plateau inférieur b avec le châssis inférieur 90b qui reste fixe, les broches inférieures 8 d'éjection poussent le corps 104 du boîtier et le séparent de la surface de contact de la barre b. La disposition de la broche 4 formant la marque d'identification et de la broche supérieure 9 d'éjection qui dépasse de la barre supérieure 5a apparaît sur la figure 2A, alors que les broches inférieures d'éjection 8 dépassant de la barre inférieure 5b sont placées comme indiqué sur la figure 2B. L'ensemble de moules classique ayant la construction décrite précédemment pose certains problèmes dus à la propriété de collage de la composition de moulage à la surface du moule. Bien que la finition de surface de la cavité corresponde à du nitrure de titane ou une électro- déposition de chrome dur et facilite ainsi l'étape d'éjection, le collage de la composition de moulage à la surface de la cavité ne peut pas être totalement éliminé à cause des excellentes propriétés d'adhésivité de la composi- tion de moulage. Par ailleurs, le corps de boîtier, juste après moulage, est encore relativement tendre, et une étape supplémentaire de durcissement dans un four est utilisée ensuite pour le durcissement du corps du boîtier. En consé- quence, lorsque les broches inférieures 8 d'éjection sont utilisées afin qu'elles poussent le corps du boîtier vers le haut alors qu'il est encore tendre, ce corps du boîtier fléchit si bien que le corps et la pastille peuvent présen- ter une fissuration. Cette fissuration apparaît dans la direction du bord le plus court dans la région centrale du corps ou de la pastille. La flexion du corps du boîtier peut provoquer une séparation du corps du boîtier et du cadre à fils de connexion ou de la surface inférieure de la pastille. L'invention concerne donc un ensemble à moule de transfert qui permet d'éviter la fissuration du corps du boîtier et d'une pastille semi-conductrice. Elle concerne un tel ensemble qui permet d'éviter la séparation du corps et de l'ensemble formé par un cadre à fils de connexion et une pastille semi-conductrice. L'invention concerne ainsi un ensemble de moules des- tiné à former un corps protecteur de boîtier de pastille semiconductrice, l'ensemble de moules comprenant un ensemble de moule supérieur et un ensemble de moule infé- rieur, les ensembles de moules supérieur et inférieur comprenant A) deux châssis supérieur et inférieur ayant chacun une cavité dans laquelle une composition chaude et liquide de moulage est injectée et qui donne sa forme au corps protecteur du boîtier, B) deux plateaux supérieur et inférieur destinés à ouvrir et fermer le châssis supérieur de l'ensemble de moule supérieur et le châssis inférieur de l'ensemble de moule inférieur, C) une broche à marque d'identification et une broche supérieure d'éjection fixées au plateau supérieur et dépassant vers la cavité pour l'éjection du corps du boîtier juste après que la composition de moulage a été totalement injectée dans la cavité, et D) une première et une seconde broche inférieures d'éjection fixées au plateau inférieur et dépassant vers la cavité afin qu'elles éjectent le corps du boîtier après que la composition de moulage a été totalement injectée dans la cavité, dans lequel une broche centrale inférieure d'éjec- tion est placée entre la première et la seconde broche inférieure d'éjection, la broche centrale inférieure d'éjection étant fixée au plateau inférieur et dépassant vers la cavité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1A est une coupe illustrant des moules supérieur et inférieur classiques qui sont ouverts et un ensemble à pastille semi-conductrice et cadre à fils de connexion placé entre les moules supérieur et inférieur; la figure lB est une coupe représentant des moules supérieur et inférieur classiques fermés avec une composi- tion de moulage injectée dans une cavité; la figure lC est une coupe représentant l'étape classique d'éjection de la pièce moulée hors d'une cavité; la figure 2A est une vue de dessous représentant l'emplacement des broches d'éjection d'un moule supérieur classique; la figure 2B est une vue de dessus représentant l'emplacement des broches d'éjection d'un moule inférieur classique; la figure 3A est une coupe d'un ensemble de moules selon la présente invention; la figure 3B est une vue de dessous du moule supérieur selon l'invention, représentant l'emplacement des broches d'éjection; la figure 3C est une vue de dessus d'un moule inférieur selon l'invention représentant l'emplacement des broches d'éjection; la figure 3D est une vue de dessous du moule inférieur selon l'invention, représentant l'emplacement des broches d'éjection; et la figure 3E est une vue en plan d'un moule inférieur selon l'invention, représentant l'emplacement des broches d'éjection. L'amplitude de flexion d'un corps de boîtier encore tendre est proportionnelle à la force de collage entre une composition de moulage et la surface de la cavité. La raison en est que, lorsque la force de collage est accrue, les broches inférieures d'éjection doivent pousser le corps tendre de boîtier vers le haut avec une plus grande force. Le tableau 1 qui suit indique les résultats expérimentaux obtenus par mesure de la force de collage entre la compo- sition de moulage et la surface de la cavité qui varie en fonction de la nature de la composition de moulage et du nombre de lots moulés. Tableau 1 Composition de Lot de Ecart- moulage moulage Min. Max. Moyenne type 1-10 0,38 0,84 0,63 0,161 11-20 0,72 1,18 0,88 0,165 21-30 0,90 1,34 1,11 0,151 TYPE "A"! 31-40 0,96 1,58 1,18 0,199 41-50 0,96 1,78 1,34 0,252 51-60 1,12 1,90 1,48 0,258 1-10 0,35 1,60 1,00 0,391 11-20 1,90 2,95 2,23 0,348 TYPE "B" E 21-30 i 1,75 3,96 2,94 0,804 31-40 2,40 4,70 3,44 0,722 41-50 1,80 4,65 3,55 0,908 51-60 2,85 4,70 4,06 0,619 Dans le tableau 1, l'unité de force de collage est indiquée par la pression nécessaire exprimée en MPa, et les deux compositions de moulage sont de type "A" et "B" qui correspondent à une composition de moulage de résine époxyde contenant un bisphénol. Dans le type "B", un matériau inerte appelé "charge" est modifié afin que la viscosité de la composition de moulage soit accrue. La mesure de la force de collage est réalisée avec une jauge de poussée-traction. Comme l'indique le tableau, la force de collage augmente avec le nombre de lots moulés, et la flexion du corps tendre du boîtier devient importante. Pour que le corps de boîtier et la pastille semi-conductrice ne se fissurent pas, la force de collage doit correspondre à une pression inférieure à 0,5 MPa. Le tableau 2 qui suit indique la relation entre l'amplitude de flexion et les fissures dans le corps du boîtier et la pastille. Tableau 2 Pression Flexion Fissures Fissures (N) (mm) boîtier pastille 0,19 3 3 0,17 3 3 40 0,15 2 2 0,13 1 2 0,11 0 1 0,09 0 1 0,07 0 1 15 0,05 0 0 0,03 0 0 0,01 0 0 Dans cette expérience, une pastille semi-conductrice de 243,5 x 592 im et de 300 Mm d'épaisseur et un boîtier de type 24 TSOP LOC de 5,6 mm sont utilisés. Les résultats expérimentaux du tableau 2 ont été obtenus par application d'une pression accrue de 5 N à six dispositifs conditionnés. Comme l'indique le tableau 2, la force de pression et l'amplitude de flexion qui peuvent provoquer une fissuration de la pastille semiconductrice sont de 20 N et 0,07 mm respectivement alors que, pour la fissuration du corps du boîtier, il faut des valeurs minimales de 35 N et de 0,13 mm pour la flexion. Les résultats expérimentaux du tableau 2 peuvent être décrits expérimentalement grâce à l'équation suivante: K P1 [29 (a)1/2-46(a)3/2+218 (a)5/2-37,6() /2+38,7() 9/] wt2/3 t t t t t Dans ce cas, t désigne l'épaisseur de la pastille semi- conductrice, w sa largeur, 1 sa longueur, t la force de pression appliquée à la pastille dans la direction de l'épaisseur, a la profondeur de rayure et K l'intensité de la contrainte. La rayure se forme pendant une opération de polissage du dos de la pastille lorsque la face arrière de la pastille est polie avec une meule afin que la pastille ait une épaisseur plus mince. La rayure ayant une forme en coupe en V peut constituer l'origine de la fissuration de la pastille. Lorsque a/t moment, la vitesse de croissance de la fissure dans la pas- tille est proportionnelle à K à la puissance n, n dépendant du matériau de la pastille, par exemple, lorsque la pastille est formée de silicium, n est compris entre 1 et 2. En conclusion, l'intensité K de la contrainte, qui présente une relation étroite avec la fissuration de la pastille, est proportionnelle à la pression, à la longueur de la pastille et à la racine de la longueur a de la rayure, mais varie en proportion inverse de la largeur et de l'épaisseur de la pastille semi-conductrice. Comme décrit précédemment, la fissure de la pastille peut être évitée soit par réduction de la force de collage par modification de la composition de moulage, soit par réduction de l'intensité de la contrainte appliquée à la pastille. Pour que la force de collage soit réduite, il faut envisager des perfectionnements de la composition de moulage et de la finition de surface de la cavité. Cependant, l'invention concerne la réduction de l'intensité de la contrainte de manière que la fissuration de la pastille et la fissuration du boîtier soient évitées par changement de la structure de l'ensemble du moule de transfert comme décrit dans la suite. La figure 3A est une coupe d'un ensemble de moules selon l'invention, la figure 3B une vue de dessous du moule supérieur selon l'invention représentant l'emplacement des broches d'éjection, et la figure 3C une vue en plan du moule inférieur selon l'invention, indiquant l'emplacement des broches d'éjection. La structure des éléments de l'ensemble de moules, tels que les châssis 90 et les plateaux 80, à l'exception des broches d'éjection, est la même que celle de l'ensemble de moules classique, à l'exception des broches d'éjection, et on ne les décrit donc pas en détail. La broche centrale supérieure 12 d'éjection, en plus de la broche 4 de la marque d'identification et de la broche supé- rieure 9 d'éjection, dépasse vers la barre 51 de la cavité supérieure. Une broche centrale inférieure 13 d'éjection placée entre deux broches inférieures d'éjection 8 dépasse de la barre inférieure 5b. Les broches centrales supérieure et inférieure 12 et 13 d'injection poussent les parties centrales du corps du boîtier lorsqu'il est tendre pendant l'étape d'éjection si bien que l'amplitude de flexion du corps peut être réduite et l'intensité de la contrainte appliquée à la pastille peut aussi être réduite. La figure 3D est une vue en plan du moule inférieur selon l'invention, destinée à représenter l'emplacement des broches d'éjection, et la figure 3E est une vue en plan du moule inférieur selon l'invention indiquant l'emplacement des broches d'éjection. Bien que diverses dispositions des broches d'éjection soient possibles, il est préférable de placer les broches centrales 12 et 13 à mi-distance entre la broche de la marque d'identification et la broche supérieure d'éjection et entre les deux broches inférieures d'éjection respectivement. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux ensembles qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Ensemble de moules destiné à former un corps protec- teur de boîtier de pastille semi-conductrice, l'ensemble de moules comprenant un ensemble de moule supérieur et un ensemble de moule inférieur, les ensembles de moules supé- rieur et inférieur comprenant A) deux châssis supérieur et inférieur (90a, 90b) ayant chacun une cavité dans laquelle une composition chaude et liquide de moulage est injectée et qui donne sa forme au corps protecteur du boîtier, B) deux plateaux supérieur et inférieur (80a, 80b) destinés à ouvrir et fermer le châssis supérieur de l'ensemble de moule supé- rieur et le châssis inférieur de l'ensemble de moule infé- rieur, C) une broche (4) à marque d'identification et une broche supérieure (9) d'éjection fixées au plateau supérieur (80a) et dépassant vers la cavité pour l'éjection du corps du boîtier juste après que la composition de moulage a été totalement injectée dans la cavité, et D) une première et une seconde broche inférieures (8) d'éjection fixées au plateau inférieur (80b) et dépassant vers la cavité afin qu'elles éjectent le corps du boîtier après que la compo- sition de moulage a été totalement injectée dans la cavité, caractérisé en ce qu'une broche centrale inférieure (13) d'éjection est placée entre la première et la seconde broche inférieure (8) d'éjection, la broche centrale inférieure d'éjection étant fixée au plateau inférieur (80b) et dépassant vers la cavité. 2. Ensemble de moules selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'une broche centrale supérieure (12) d'éjec- tion est placée entre la broche (4) de la marque d'identi- fication et la broche supérieure (9) d'éjection, la broche supérieure centrale (12) d'éjection étant fixée au plateau supérieur et dépassant vers la cavité. 3. Ensemble de moules selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la broche (4) de la marque d'éjection, la broche centrale supérieure (12) d'éjection et la broche supérieure (9) d'éjection sont placées suivant une droite. 4. Ensemble de moules selon la revendication 2, carac- térisé en ce que la première et la seconde broche inférieure (8) d'éjection et la broche centrale inférieure (13) d'éjection sont placées suivant une droite. 5. Ensemble de moules selon la revendication 3, carac- térisé en ce que la première et la seconde broche inférieure (8) d'éjection et la broche centrale inférieure (13) d'éjection sont disposées parallèlement au grand côté du plateau inférieur. 6. Ensemble de moules selon la revendication 3, carac- térisé en ce que la première et la seconde broche inférieure (8) d'éjection et la broche inférieure centrale (13) d'éjection sont disposées suivant une diagonale par rapport au côté du plateau inférieur (80b). 7. Ensemble de moules selon la revendication 4, carac- térisé en ce que la broche (4) de la marque d'identi- fication, la broche centrale supérieure (12) d'éjection et la broche supérieure (9) d'éjection sont disposées paral- lèlement à un grand côté du plateau supérieur (80a). 8. Ensemble de moules selon la revendication 4, carac- térisé en ce que la broche (4) de la marque d'identi- fication, la broche centrale supérieure (12) d'éjection et la broche supérieure (9) d'éjection sont disposées suivant une diagonale par rapport aux côtés du plateau supérieur (80a). 9. Ensemble de moules selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la composition de moulage est une résine de matière plastique.