Brevet FR2748856A1 — publié le 19971121

La présente invention concerne un dispositif diode à semiconducteur à montage en surface. Les dispositifs diodes à semiconducteur à montage en surface com- prennent typiquement un élément semiconducteur monté sur une première surface d'un puits de chaleur, c'est-à-dire un élément de rayonnement thermique, en liaison électrique avec cette première surface. Une deuxième surface, opposée, du puits de chaleur fournit un premier contact pour le dispositif. Une patte, ou pied, conductrice est couplée à une surface opposée de l'élément semiconducteur et est infléchie de façon qu'une extrémité de la patte soit sensiblement dans le même plan que le premier contact, l'extrémité formant le deuxième contact du dispositif. Dans la diode à montage en surface U5ZA27, fabriquée par la société Toshiba, la patte est connectée directement à la surface de l'élément semiconduc- teur. Toutefois, on connaît également, comme par exemple dans la diode à montage en surface MR2535S, vendue par la société Motorola, Inc., l'existence d'un puits de chaleur, ou radiateur thermique, supplémentaire qui est couplé à la surface opposée de l'élément semiconducteur, la patte étant connectée au puits de chaleur. Avec ces deux types de dispositifs, les aires superficielles des premier et deuxième contacts sont relativement grandes. Du fait de ces aires superficielles de contact relativement grandes, peuvent survenir des difficultés de soudage lors du montage de semblables dispositifs sur une plaquette de circuit, par exemple. De plus, les puits de chaleur de ces dispositifs sont grands et les dispositifs sont conçus de façon que, une fois montés sur une plaquette de circuit, les puits thermiques soient placés sur la plaquette. Toutefois, avec ce type de montage, la chaleur est transférée à la jonction de soudage avec la plaquette de circuit, ce qui peut conduire à des défectuosités du soudage à la plaquette de circuit. Les éléments semiconducteurs des deux types de dispositifs sont encapsulés dans un composé de moulage, typiquement une résine époxy moulée, par injection de résine époxy sous pression élevée. Les contraintes provoquées par l'application de cette pression élevée réduisent la fiabilité du dispositif, puisque les contraintes de moulage peuvent provoquer des fissures de la puce, des vides de moulage et des bavures de moulage. Les dispositifs du dernier type, dans lequel la patte est connectée au puits de chaleur, souffrent de difficultés supplémentaires. Puisque la patte doit être soudée au puits de chaleur, ce type de dispositif demande une opération de fabri- cation supplémentaire, ce qui augmente son coût de fabrication. De plus, l'opéra- tion de fixation de la patte au puits de chaleur demande typiquement une tempé- rature élevée, ce qui peut endommager l'élément semiconducteur et provoquer une panne du dispositif. Un autre inconvénient de l'utilisation de pattes est que, en ce qui concerne la deuxième étape de traitement consistant à souder la patte au puits de chaleur, on peut difficilement assurer que la patte a la hauteur correcte et que, par conséquent, les premier et deuxième contacts sont coplanaires. Il serait donc préférable de pouvoir réaliser un dispositif diode à semiconducteur à montage en surface d'un type amélioré, dans lequel les problèmes et inconvénients ci-dessus ont été réduits. Selon l'invention, il est proposé un dispositif diode à semiconducteur à montage en surface possédant des premier et deuxième contacts coplanaires, le dispositif comprenant: un élément semiconducteur qui possède une première surface montée sur une surface, en liaison électrique avec celle-ci, d'un premier élément formé d'une matière conductrice, le premier élément ayant un bras qui fait saillie dans une direction d'écartement par rapport à la surface du premier élément, une extrémité du bras formant le premier contact; et un élément en forme de coupe qui est formé en une matière conduc- trice et comprend une paroi qui fait saillie depuis une partie de fond de manière à former une ouverture entourée par la paroi et ayant la partie de fond comme base, o l'élément semiconducteur et le premier élément sont montés à l'intérieur de l'ouverture de façon qu'une deuxième surface de l'élément semicon- ducteur soit électriquement couplée à la partie de fond de l'élément en forme de coupe et que l'extrémité du bras s'étende au-dessus d'une surface de dessus de la paroi, o l'élément en forme de coupe comprend en outre une partie pied solidaire de la surface de dessus de la paroi et se prolongeant de cette dernière, de sorte qu'une extrémité de la partie pied est coplanaire avec l'extrémité du bras, l'extrémité de la partie pied formant le deuxième contact. Ainsi, l'invention fournit un dispositif diode à semiconducteur à montage en surface possédant deux contacts coplanaires, qui est simple à fabriquer et qui ne demande pas d'opérations supplémentaires pour fixer des pattes à l'un des contacts. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle présente un dispositif diode à semiconducteur à montage en surface et un procédé de formation de ce dispositif et elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1 est un schéma simplifié en section droite d'un dispositif diode à semiconducteur à montage en surface d'un type connu; la figure 2 est un schéma simplifié montrant l'empreinte du dispositif de la figure 1; la figure 3 est un schéma simplifié en section droite d'un dispositif diode à semiconducteur à montage en surface selon l'invention; la figure 4 est un schéma simplifié représentant une vue latérale du dispositif de la figure 3; la figure 5 est un schéma simplifié montrant l'empreinte du dispositif de la figure 3; la figure 6 est un schéma simplifié représentant une vue de dessus du dispositif de la figure 3; la figure 7 est un organigramme montrant les différentes opérations d'un procédé de formation d'un dispositif diode à semiconducteur à montage en surface selon l'invention; et la figure 8 est un schéma simplifié représentant une vue de dessus de l'élément en forme de coupe du dispositif diode à semiconducteur à montage en surface selon l'invention, après une opération illustrée sur la figure 7. Sur la figure 1, est présenté un exemple d'un dispositif diode à semi- conducteur à montage en surface de type connu, désigné par la référence 2, qui est par exemple le dispositif U5ZA27 fabriqué par la société Toshiba. Le dispositif 2 comprend une puce 4 électriquement montée sur une première surface d'un puits de chaleur 6, en liaison électrique avec cette première surface. La surface opposée du puits de chaleur forme un premier contact 8 du dispositif 2. Une patte, ou pied, comporte une extrémité 12 qui est électriquement couplée à la puce 4. La patte est incurvée de façon que son autre extrémité 14 soit sensiblement coplanaire avec la surface opposée 8 du puits de chaleur 6. L'autre extrémité 14 de la patte 10 forme le deuxième contact 14 du dispositif 2. La puce 4, une partie de la patte 10 et une partie 1 du puits de chaleur 6 sont ensuite encapsulées sous pression élevée à l'aide d'une résine époxy moulée 16. Le dispositif 2 de la figure 1 est un dispositif du tpe à jonction ouverte, ce qui signifie que la jonction se trouve sur la paroi de la puce 4. Pour éviter les courts-circuits, une couche diélectrique 17 entoure la paroi de la puce 4. Typique- ment, la couche diélectrique 17 est constituée de silicium. Un inconvénient de l'utilisation du silicium est que celui-ci possède un coefficient de dilatation thermique élevé, pouvant provoquer des contraintes non souhaitables sur la puce 4. Un autre inconvénient de l'utilisation du silicium est que ceci diminue la capacité de la résine époxy moulée 16 à former un joint étanche avec le puits de chaleur 6. Le silicium possède en outre une faible durée de vie en cycle de puissance. La figure 2 montre l'empreinte du dispositif 2 connu, à savoir, les aires superficielles 18 et 20 en section droite du premier contact 8 et du deuxième contact 14, respectivement, lesquelles aires superficielles 18 et 20 devront être soudées à une plaquette de circuit (non représentée), par exemple, lorsque le dispositif 2 aura été monté sur la plaquette de circuit. Comme on peut le voir sur la figure 2, le dispositif 2 possède un premier contact 8 et un deuxième contact 14 ayant de grandes aires superficielles. L'existence de telles grandes aires superficielles de contact rend difficile le soudage du dispositif 2. Le dispositif 2 possède en outre un grand puits de chaleur 6, qui est destiné à extraire l'énergie de la puce 4, mais qui, lorsque le dispositif 2 est monté sur une plaquette de circuit, est disposé sur la plaquette de circuit. Ceci fait que la chaleur se transfère à la jonction de soudage avec la plaquette de circuit, ce qui conduit potentiellement à des défaillances du soudage avec la plaquette de circuit. De plus, l'existence de ce grand puits de chaleur 6 augmente le poids du dispo- sitif 2, ce qui est un inconvénient lorsqu'on utilise un équipement de mise en place automatique pour monter les dispositifs 2 sur des plaquettes de circuit. On se reporte maintenant à la figure 3. Un dispositif diode à semicon- ducteur à montage en surface selon un mode de réalisation préféré de l'invention, qui possède un premier contact 51 et un deuxième contact 53 coplanaires l'un avec l'autre, comprend un élément semiconducteur, ou puce semiconductrice, 52 qui possède une première surface électriquement montée sur une surface 56 d'un premier élément 54 formé d'une matière conductrice, en liaison électrique avec la surface 56. Le premier élément 54 possède un bras 58 qui s'étend dans une direction d'écartement par rapport à la surface 56 du premier élément 54. L'extrémité 60 du bras 58 qui est opposée à la surface 56 forme le premier contact 51 du dispositif 50. Le dispositif diode à semiconducteur à montage en surface 50 comprend en outre un élément en forme de coupe 62 qui est formé en une matière conductrice. L'élément en forme de coupe 62 comprend une paroi 64 se prolon- geant depuis une partie de fond 66 de manière à former une ouverture 68 entourée par la paroi 64. L'élément semiconducteur 52 et le premier élément 54 sont montés à l'intérieur de l'ouverture 68 de façon qu'une deuxième surface de l'élément semi- conducteur 52 soit électriquement couplée à la partie de fond 66 de l'élément en forme de coupe 62 et que l'extrémité 60 du bras se prolonge sur une distance prédéterminée 70 au-dessus d'une surface de dessus 72 de la paroi 64. L'élément en forme de coupe 62 comprend en outre une partie pied 74 qui est solidaire à la surface de dessus 72 de la paroi 64 et se prolonge de cette dernière de façon qu'une extrémité 76 de la partie pied 74 soit coplanaire avec l'extrémité 60 du bras 58 et forme le deuxième contact 53. La partie pied 74 se présente sous la forme d'une partie solidaire de l'élément en forme de coupe 62 et, par conséquent, aucune opération supplémentaire n'est nécessaire pour former le deuxième contact 53, par exemple une opération supplémentaire de soudage d'une patte à un puits de chaleur. De préférence, le premier élément 54 est en forme d'axe. Le bras 58 forme la tige du premier élément 54 en forme d'axe et comporte une aire circulaire en section droite s'étendant dans une direction perpendiculaire à l'axe de symétrie de la tige. L'extrémité 60 du bras présente donc une aire superficielle circulaire 61, comme on peut le voir sur la figure 5, qui montre l'empreinte du dispositif diode à semiconducteur à montage en surface 50. Le premier élément 54 en forme d'axe possède également une partie tête 59 sur laquelle se prolonge le bras 58. La partie tête 59 possède une plus grande aire en section droite que le bras 58 de façon à porter l'élément semiconducteur 52. L'élément semiconducteur 52 est soudé à la surface 56 de la partie tête 59. Puisque l'aire en section droite du bras 58 est inférieure à celle de la partie tête 59, l'aire superficielle 61 du premier contact 51 peut être diminuée par rapport au cas o l'aire en section droite du bras 58 et celle de la partie tête 59 font la même taille. On se reporte maintenant à la figure 4 qui montre de manière plus détaillée la partie pied 74 préférée de l'élément en forme de coupe 62. Dans le mode de réalisation préféré, la partie pied 74 comprend une partie principale 80 se prolongeant de la surface de dessus de la paroi et deux parties semelles 82 et 84 qui se prolongent de la partie principale 80 au niveau de l'extrémité de la partie pied 74. Les deux parties semelles 82 et 84 forment le deuxième contact 53. Chaque partie semelle 82 et 84 possède une aire rectangu- laire en section droite dans le plan dans lequel les premier et deuxième contacts 51 et 53 sont coplanaires. Ainsi, le deuxième contact 53 possède une aire superficielle constituée des deux aires rectangulaires en section droite 86 des parties semelles 82 et 84, comme on peut le voir sur la figure 5, qui montre l'empreinte du dispositif diode à semiconducteur à montage en surface 50. On aura compris que, du fait qu'il y a deux parties semelles 82 et 84, on réduit l'aire superficielle du deuxième contact 53. La figure 5 montre les aires superficielles en section droite 61 et 86 respectives des premier et deuxième contacts 51 et 53, lesquelles aires superficielles 61, 86 seront soudées par exemple à une plaquette de circuit (non représentée) lors du montage du dispositif 50 sur la plaquette de circuit. Comme on peut le voir en comparant avec la figure 5 l'empreinte du dispositif connu 2 de la figure 2, les premier et deuxième contacts 51 et 53 selon l'invention ont des aires superficielles plus petites. Ceci signifie que le dispositif 50 selon l'invention est plus facile à souder et, une fois soudé, est plus stable. De préférence, la partie principale 80 de la partie pied 74 est en forme de T. L'extrémité étroite 88 de la partie principale 80 en forme de T est connectée à la paroi 64 de l'élément en forme de coupe 62 et les deux parties semelles 82 et 84 se prolongent d'une extrémité large 90 de la partie principale 80 en forme de T. La partie principale 80 peut également avoir une forme rectangulaire. Toutefois, le fait de lui donner la forme d'un T rend la partie principale 80 plus facile à incurver pendant la fabrication du dispositif 50 et réduit donc le risque de briser la partie pied 74. Pour rendre le dispositif plus facile à prendre, pour un équipement de mise en place automatique, on donne de préférence à la partie de fond 66 de l'élément en forme de coupe 62 une aire sensiblement rectangulaire en section droite, comme représenté sur la figure 6. Dans le mode de réalisation préféré, le premier élément 54 et l'élément en forme de coupe 62 sont formés en un matériau tel que le cuivre. On va maintenant décrire, en liaison avec la figure 7, qui est un orga- nigramme montrant ses différentes opérations, le procédé de formation d'un dispositif diode à semiconducteur à montage en surface selon un mode de réalisa- tion préféré de l'invention. On forme par estampage, dans une feuille de matériau conducteur, par exemple du cuivre, et on plaque à l'aide de nickel, des formes prédéterminées pour l'élément en forme de coupe 62 et le premier élément 54, comme indiqué à l'étape 100. Ces formes prédéterminées sont déformées en l'élément en forme de coupe 62 (voir la figure 8) et en le premier élément 54 par flexion des parties appropriées. A l'étape 102, on découpe des plaquettes à graver de façon à former une puce hexagonale. A l'étape 104, on assemble le dispositif diode à semiconduc- teur à montage en surface. On monte une première surface de la puce sur la surface 56 du premier élément 54 et la deuxième surface, opposée, de la puce en contact avec la partie de fond 66 de l'élément en forme de coupe 62. On traite ensuite l'ensemble dans un four (par exemple un four à tapis à hydrogène) de façon à obtenir la refusion de la soudure présente entre la première surface de la puce et la surface 56 du premier élément 54 et entre la deuxième surface de la puce et la partie de fond 66, afin de former une liaison entre eux. On grave ensuite les côtés de la puce de manière à nettoyer les surfaces exposées de la puce, à l'étape 106. A l'étape 108, on fait déposer du polyimide autour de la puce, puis on enrobe le dispositif dans de la résine époxy liquide, à l'étape 110. La résine époxy liquide 120 entoure la puce et le premier élément 54 et remplit l'ouverture 68 sensiblement jusqu'à la surface de dessus 72 de la paroi 64 (voir la figure 3). Le polyimide 122 (voir la figure 3) est une couche de passivation qui empêche la résine époxy liquide de venir en contact avec la puce. On plaque ensuite à l'étain les premier et deuxième contacts 51 et 53 (étape 112) de manière à rendre les contacts plus faciles à souder, puis on exécute les contrôles électriques sur le dispositif diode à semiconducteur en montage en surface. Dans le contexte de l'invention, notamment en ce qui concerne l'élément en forme de coupe 62, l'invention peut utiliser de la résine époxy liquide ne demandant pas un traitement sous pression élevée, comme c'est le cas pour la résine époxy moulée. Le dispositif diode à semiconducteur à montage en surface selon l'invention subit donc des contraintes de moulage moindres si on le compare avec les dispositifs de la technique antérieure utilisant de la résine époxy moulée. Ceci rend plus fiable le dispositif diode à semiconducteur à montage en surface selon l'invention. Dans les dispositifs connus qui utilisent de la résine époxy moulée, pour éviter l'apparition de courts-circuits au niveau de la jonction ouverte se trouvant du côté de la puce, on utilise du silicium comme couche de passivation pour empêcher que la résine époxy moulée ne se trouve en contact avec la jonction ouverte de la puce. Le silicium présente un fort coefficient de dilatation thermique et peut donc amener des problèmes de contrainte à la puce. Le mode de réalisation préféré de l'invention évite ce problème en utilisant autour de la puce une couche de passivation en polyimide. Le polyimide possède un coefficient de dilatation thermique inférieur par comparaison avec le silicium et produit donc une moindre contrainte. Un autre avantage du dispositif diode à semiconducteur à montage en surface 50 selon l'invention est que la chaleur s'évacue hors de l'élément semi- conducteur 52 dans deux directions, à savoir depuis la partie de fond 66 de l'élément en forme de cuvette et depuis le bras 58 du premier élément 54. Ceci assure que la totalité de la chaleur n'est pas transférée à la plaquette de circuit sur laquelle le dispositif est monté, ce qui réduit les risques de défaillance du soudage de la plaquette de circuit. En résumé, l'invention fournit un dispositif diode à semiconducteur à montage en surface possédant deux contacts coplanaires, qui est simple à fabriquer et qui ne demande pas d'opérations supplémentaires pour fixer des pattes destinées à faire fonction de l'un des contacts. De plus, le dispositif diode à semiconducteur à montage en surface selon le mode de réalisation préféré possède des aires superficielles de contact plus petites que les dispositifs connus et donc plus faciles à souder à une plaquette de circuit. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du dispositif 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. Dispositif diode à semiconducteur à montage en surface possédant des premier et deuxième contacts coplanaires (51, 53), le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend: un élément semiconducteur (52) possédant une première surface montée sur une surface d'un premier élément (54) formé d'une matière conductrice et en liaison électrique avec cette surface, le premier élément possédant un bras (58) qui s'étend dans une direction d'écartement par rapport à la surface du premier élément, une extrémité du bras formant le premier contact (51); et un élément en forme de coupe (62) qui est formé d'une matière con- ductrice et comprend une paroi (64) se prolongeant depuis une partie de fond (66) de façon à former une ouverture (68) entourée par la paroi et ayant la partie de fond comme base, o l'élément semiconducteur et le premier élément sont montés à l'intérieur de l'ouverture de façon qu'une deuxième surface de l'élément semicon- ducteur soit électriquement couplée à la partie de fond de l'élément en forme de coupe et que l'extrémité du bras s'étende au-dessus d'une surface de dessus (72) de la paroi, o l'élément en forme de coupe comprend en outre une partie pied (74) solidaire de la surface de dessus de la paroi et se prolongeant depuis cette dernière de façon qu'une extrémité de la partie pied soit coplanaire avec l'extrémité du bras, l'extrémité de la partie pied formant le deuxième contact (53). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie pied comprend une partie principale (80) se prolongeant depuis la surface de dessus de la paroi et deux parties semelles (82) se prolongeant depuis la partie principale au niveau de l'extrémité de la partie pied, les deux parties semelles fournissant le deuxième contact. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie principale de la partie pied comprend un élément en forme de T, l'extrémité étroite (88) de l'élément en forme de T étant connectée à la paroi et les deux parties semelles se prolongeant de l'extrémité large (90) de l'élément en forme de T. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque partie semelle possède une aire rectangulaire en section droite dans le plan dans lequel les premier et deuxième contacts sont coplanaires, o le deuxième contact possède une aire superficielle comprenant les deux aires, rectangulaires en section droite, des parties semelles. 5. Dispositif selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que l'extrémité du bras possède une aire circulaire en section droite, de sorte que le premier contact possède une aire superficielle circulaire. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le premier élément est en forme d'axe, le bras formant la tige du premier élément en forme d'axe et le premier élément comprenant en outre une partie tête (59) de laquelle le bras fait saillie, la partie tête ayant une aire en section droite plus grande que le bras. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caracté- risé en ce que de la résine époxy liquide entoure l'élément semiconducteur et le premier élément et remplit l'ouverture. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'une couche de polyimide entoure l'élément semiconducteur de façon que l'élément semicon- ducteur ne soit pas en contact avec la résine époxy liquide. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caracté- risé en ce que la partie de fond de l'élément en forme de coupe possède une aire sensiblement rectangulaire en section droite dans un plan qui est parallèle au plan dans lequel les premier et deuxième contacts sont coplanaires.