Brevet FR2779868A1 — publié le 19991217

BO TIER DE PUISSANCE A MONTAGE EN SURFACE La présente invention concerne un boîtier destiné à un dispositif électronique à montage en surface et, plus particuliè- rement, un boîtier pour un dispositif de puissance. Les composants ou dispositifs électroniques semi- conducteurs nécessitent, pour être utilisés, d'être logés dans un boîtier constitué d'un corps isolant d'o partent des pattes conductrices destinées à être connectées à un circuit externe. Typiquement, ces dispositifs sont montés sur une plaquette de circuit imprimé constituée d'un substrat isolant sur lequel sont réalisées des pistes conductrices. Dans une technologie de montage en surface (SMT), une pâte de soudure est disposée à la surface du circuit imprimé dans des zones o les différents composants doivent être connectés. Les composants sont positionnés dans ces zones. La plaquette de circuit imprimé est ensuite soumise à un traitement thermique, par exemple dans un four à infrarouge adapté, de sorte à provo- quer une fusion de la pâte de soudure pour fixer les composants par leurs pattes conductrices respectives à des pistes du circuit imprimé. La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un exemple classique de boîtier de circuit intégré de puissance. Cette figure représente un boîtier 1 à montage en surface monté sur une plaquette 2 de circuit imprimé. Le boîtier 1 comprend un corps isolant 3 (généralement, une résine d'encapsulation) d'o partent des pattes conductrices 4. Les pattes 4 définissent, par leurs extrémités respectives, des surfaces 4' de contact électri- que sur des pistes conductrices (non représentées) du circuit im- primé 2. Le boîtier 1 comprend en outre un dissipateur thermique , incorporé dans la résine isolante 3 à l'exception d'une sur- face inférieure 5' qui est fixée sur la plaquette 2. Le dissipa- teur 5 permet d'évacuer vers 1 'extérieur du boîtier 1, la chaleur produite par une puce semiconductrice 6 fixée sur le dissipateur 5. Une telle structure est généralement utilisée pour des dispo- sitifs électroniques de puissance qui sont destinés à fonctionner avec des tensions élevées et/ou des courants élevés et sont, par conséquent, sujets à des températures de fonctionnement signifi- catives. Des plots (non représentés) de la puce semiconductrice 6 sont connectés aux différentes pattes 4 au moyen de fils conducteurs 7. Dans un boîtier à montage en surface, il est important de maintenir les surfaces de contact des pattes 4 coplanaires entre elles et, dans le cas d'un dispositif de puissance, la face inférieure 5' du dissipateur 5 doit également être coplanaire avec les surfaces inférieures 4' des pattes 4. Un défaut de coplanarité nuit à l'opération de montage du composant sur la plaquette de circuit imprimé 2 et peut provoquer une soudure incorrecte de certaines pattes. Dans le cas d'un dispositif de puissance, cela provoque en outre une soudure incorrecte du dis- sipateur thermique avec, comme conséquence, des problèmes de dis- sipation thermique. Une solution proposée actuellement pour éviter ces pro- blêmes est de prévoir des pattes conductrices 4, de liaison entre l'intérieur et l'extérieur du boîtier 1, qui ont une portion relativement épaisse à l'aplomb des surfaces 4' de contact avec la carte 2, et une portion plus fine 4" de liaison avec l'inté- rieur du boîtier 1. Le rôle de la portion fine 4" est de définir un espace 8 entre l'extérieur du corps isolant 3 et les surfaces de contact 4' de manière à permettre, lors du montage sur la pla- quette 2, un nettoyage de résidus de flux de soudure. Les parties conductrices du boitier 1, c'est-à-dire les pattes 4 et le dissipateur 5, sont issues d'une grille de connexion dans laquelle ces différents éléments sont reliés tem- porairement entre eux pour permettre le montage de la puce 6 et l'encapsulation. La figure 2 représente, de façon très schématique, un exemple classique de grille 11 de connexion utilisée pour former un boîtier tel que représenté à la figure 1. Une telle grille est formée dans une plaque conductrice , par exemple en métal, dans laquelle on découpe les différents éléments devant constituer les parties conductrices du boitier terminé. Plusieurs grilles 11 sont généralement formées dans une même plaque 10, de préférence, en étant reproduites régulièrement dans les deux directions. On procède à une découpe de la plaque de façon à définir le dissipateur 5 en partie centrale de la grille 11 et les pattes 4 de connexion entre l'intérieur et l'ex- térieur du boîtier. On procède également à l'amincissement des portions 4" des pattes 4 depuis la face opposée à celle destinée à recevoir la puce 6. Temporairement, c'est-à-dire jusqu'à l'en- capsulation, les pattes 4 sont reliées entre elles, par exemple, par des tronçons 12 perpendiculaires à la direction des pattes 4. Ces tronçons 12 sont destinés à être découpés après encapsulation pour individualiser les pattes 4 les unes par rapport aux autres. De même, le dissipateur 5 doit être relié au reste de la plaque , au moins jusqu'à la fin du processus d'encapsulation. Pour ce faire, on utilise généralement, soit une ou plusieurs des pattes 4 (deux dans l'exemple représenté), soit des tronçons (repré- sentés en pointillés 13 à la figure 2) distincts des pattes de connexion 4 et destinés à être découpés après encapsulation. Un exemple de boîtier pour composant de puissance tel qu'illustré en relation avec les figures 1 et 2 est décrit dans le brevet américain N 5521429. La présente invention vise à proposer une autre solu- tion pour l'encapsulation d'un dispositif électronique de puissance. En particulier, la présente invention vise à favoriser l'accrochage, dans la résine d'encapsulation, des pattes de connexion de 1' intérieur vers l 'extérieur du boîtier. L'invention vise également à faciliter la fabrication du boîtier et le montage d'une puce semiconductrice. Pour atteindre ces objets, la présente invention pré- voit un boîtier pour dispositif électronique de puissance à mon- tage en surface comprenant un corps isolant d'o partent plu- sieurs pattes conductrices ayant chacune une surface de contact pour un montage du boîtier en surface d'une plaquette de circuit imprimé, et un dissipateur thermique contenu dans le corps iso- lant à l'exception d'une face inférieure, chaque patte conduc- trice comprenant une première portion d'extrémité dont les surfa- ces supérieure et inférieure sont respectivement coplanaires avec des surfaces respectivement supérieure et inférieure du dissi- pateur thermique, et une deuxième portion décalée verticalement par rapport à la première portion et qui relie cette dernière à 1 ' intérieur du corps isolant. Selon un mode de réalisation de la présente invention, ladite deuxième portion est amincie dans une partie centrale. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode de réalisation particulier faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: les figures 1 et 2 qui ont été décrites précédemment sont destinées à exposer l'état de la technique et le problème posé; la figure 3 illustre, par une vue partielle en coupe, un mode de réalisation d'un boîtier pour dispositif électronique de puissance à montage en surface selon la présente invention; et la figure 4 représente, partiellement et en perspec- tive, un mode de réalisation d'une grille de connexion selon l'invention. Les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes réfé- rences aux différentes figures. Pour des raisons de clarté, seuls les éléments du boîtier et les étapes du procédé de formation de la grille de connexion qui sont nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés aux figures et seront décrits par la suite. La figure 3 représente, par une vue partielle en coupe transversale, un mode de réalisation d'un boîtier 20 selon la présente invention et la figure 4 représente ce boîtier sur sa grille de connexion 30 avant découpe. Comme précédemment, il s'agit d'un boîtier pour dispo- sitif électronique de puissance à montage en surface sur une pla- quette 2 de circuit imprimé. Le boîtier 20 comprend un corps iso- lant 3, par exemple, une résine d'encapsulation, contenant une puce semiconductrice 6 portée par un dissipateur thermique 5. Des fils 7 relient des plots 6' (figure 4) en face supérieure de la puce 6 à des premières extrémités de pattes 21 de raccordement selon l'invention entre l'intérieur et l'extérieur du boîtier 3. Comme précédemment, chaque patte 21 comporte une por- tion 22 d'extrémité, distante de la puce 6, et dont la face infé- rieure 22' est coplanaire avec la face inférieure 5' du dissi- pateur thermique 5. Une caractéristique de la présente invention est que le reste 23 de chaque patte 21 est décalé verticalement par rapport à la portion 22 et au dissipateur 5. Un tel décalage permet de préserver un espace 8 entre la portion 22 de contact avec la pla- quette 2 et le bord du corps isolant 3. Ce décalage vertical forme une marche 25 entre la portion 22 et la portion 23. Une autre caractéristique de la présente invention est que la portion 23 décalée verticalement par rapport à la portion 22 présente, de préférence, des épaisseurs différentes. Selon l'invention, la portion 23 est plus épaisse dans une région de plots 23' proximale de la puce 6, que dans une région centrale 23" reliant le plot 23' à l'autre extrémité de la portion 23. On notera que le décalage vertical 25 de la portion 23 permet de préserver une encapsulation totale des plots 23' de réception de fils 7 et empêche ainsi tout risque de court-circuit avec le dissipateur thermique 5. Selon la présente invention, un boîtier tel que repré- senté à la figure 3 est obtenu à partir d'une grille d'intercon- nexion 30 formée à partir d'une plaque 31 (figure 4) d'épaisseur initiale homogène. Selon l'invention, on commence par découper le contour du dissipateur 5 de réception de la puce 6 en maintenant au moins une liaison 24 d'accrochage au reste de la plaque 31, et on découpe en même temps les pattes 21 de raccordement en laissant subsister un tronçcon 26 perpendiculaire de maintien temporaire des pattes 21. Les pattes 21 restent liées à la plaque 31 par des bretelles 27 raccordant des tronçons 26 d'extrémité à la plaque 31. Ces bretelles 27 sont conformées pour laisser un vide 28 dans le prolongement des tronçons 26 en étant raccordées à la plaque 31 par une extrémité, par exemple, parallèle à la direction des pattes 21. On provoque alors un amincissement des portions 23" des pattes 21. Selon l'invention, les tronçons 26 de liaison tempo- raire des pattes 21 entre elles sont réalisés dans cette zone amincie afin de faciliter leur découpe ultérieure. L'amincisse- ment concerne également une partie des bretelles 27 dont la conformation facilite un amincissement local (par exemple, par action mécanique). L'amincissement des pattes 21 est, par exemple, réalisé par fluage dont on élimine les résidus ultérieurement par une étape intermédiaire de redécoupe du pourtour des pattes 21. Puis on réalise le décalage vertical des portions 23 des pattes 21, ce qui a pour effet de former la marche 25 entre chaque portion 22 et la portion 23 de liaison correspondante avec l'intérieur du corps isolant 3. On notera que les faces infé- rieures 22' et 5' des portions 22 et du dissipateur 5 sont res- pectivement coplanaires de même que leurs faces supérieures. La grille 30 est alors prête à recevoir une puce 6 de circuit intégré qui est encapsulée, par exemple, au moyen d'une résine. Selon l'invention, les tronçons 26 de liaison entre les portions 23 des pattes 21 forment avantageusement une butée à la résine lors de l'encapsulation. Enfin, les pattes 21 sont, de façon classique, rendues indépendantes les unes des autres par découpe des tronçons 26, puis le boîtier 20 est détaché de la grille 30 par découpe des liaisons 24 du dissipateur thermique 5 au reste de la plaque 31. À titre d'exemple de réalisation particulier, l'épais- seur initiale de la plaque 31 est de l'ordre de 0,6 mm et la réduction d'épaisseur des portions 23" amincies est de l'ordre de 0,3 mm. Le décalage vertical 25 des portions 23 des pattes 21 est, par exemple, d'environ 0,3 mm. Un avantage de la présente invention est qu'elle permet un renforcement de 1 'épaisseur des pattes de raccordement au niveau de la soudure des fils 7 de liaison avec la puce 6. Un autre avantage de la présente invention est que ce renforcement des plots 23' recevant les fils 7 préserve l'espace 8 permettant le passage d'un produit de nettoyage de résidus de flux de soudure lors du montage des boîtiers sur une plaquette de circuit imprimé. Un autre avantage de la présente invention est qu'elle améliore la résistance mécanique à l'arrachement des pattes de connexion 21 en favorisant leur ancrage dans le corps isolant 23 par les plots 23' plus épais que les portions 23". Un autre avantage de la présente invention est qu'elle facilite la découpe des pattes 21 les unes par rapport aux autres en fin de processus d'encapsulation, cette découpe s'effectuant sur une partie amincie 23" de la grille 30. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, le procédé et notamment l'ordre dans lequel doivent être effectuées les étapes de découpe de la plaque devant constituer la grille d'interconnexion pourront être modi- fiés en fonction des applications et, notamment, de la technique utilisée pour réaliser l'amincissement local 23" des pattes de5 connexion 21 ainsi que le décalage vertical 25. REVEDICATIONS 1. Boîtier pour dispositif électronique de puissance à montage en surface comprenant un corps isolant (3) d'o partent plusieurs pattes conductrices (21) ayant chacune une surface de contact (22') pour un montage du boîtier (20) en surface d'une plaquette (2) de circuit imprimé, et un dissipateur thermique (5) contenu dans le corps isolant à l'exception d'une face inférieure (5'), caractérisé en ce que chaque patte conductrice comprend: une première portion d'extrémité (22) dont les surfaces supérieure et inférieure (22') sont respectivement coplanaires avec des surfaces respectivement supérieure et inférieure (5') du dissipateur thermique; et une deuxième portion (23) décalée verticalement par rapport à la première portion (22) et qui relie cette dernière à 1' intérieur du corps isolant. 2. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite deuxième portion (23) est amincie dans une partie cen- trale (23").