Brevet FR2819634A1 — publié le 20020719

Boîtier semi-conducteur à capteur, muni d'un insert, et son procédé de fabrication. La présente invention concerne le domaine des boîtiers semi-conducteurs présentant un capteur, en particulier un capteur optique, chimique, de déplacement, agissant à distance ou par contact. Les composants semi-conducteurs qui comprennent un capteur sont généralement montés dans des boîtiers qui d'une part doivent être accessibles de l'extérieur pour remplir leur fonction et d'autre part, dans la plupart des cas, doivent être protégés. Dans la technique actuelle, les composants semiconducteurs, généralement à capteurs optiques, sont installés dans le fond de la cavité de boîtiers d'encapsulation qui souvent présentent un couvercle rapporté en un matériau transparent, la paroi de fond des boîtiers étant utilisée pour effectuer les connexions électriques extérieures du composant. De telles dispositions nécessitent un nombre important d'étapes de fabrication et ne sont pas polyvalentes. Le but de la présente invention est en particulier de perfectionner et simplifier les dispositifs semi-conducteurs pourvus d'un capteur et leur mode de production. La présente invention a tout d'abord pour objet un boîtier semi-conducteur comprenant un composant semi-conducteur dont une face arrière est fixée sur une face avant de moyens de montage et de connexion électrique et dont une face avant comprend un capteur ; un insert en appui sur la face avant dudit composant optique, autour dudit capteur, et comprenant un passage ouvert s'étendant en avant dudit capteur ; et des moyens d'encapsulation comprenant une matière d'enrobage qui entoure ledit composant semi-conducteur et les moyens de montage et de connexion électrique. Selon une variante de l'invention, ledit insert est en appui sur la face avant dudit composant optique par l'intermédiaire d'un joint annulaire d'étanchéité constituant une entretoise. Selon une autre variante de l'invention, ledit insert est fixé sur la face avant dudit composant optique. Selon l'invention, un bouchon est de préférence installé dans ledit passage dudit insert. Selon l'invention, ledit bouchon est de préférence transparent. Selon une variante de l'invention, ledit bouchon est intégré dans ledit insert. Selon l'invention, ledit insert peut avantageusement comprendre, dans sa face avant, une gorge annulaire. Selon l'invention, lesdits moyens de montage et de connexion électrique peuvent comprendre une grille présentant une plate-forme de montage dudit composant semi-conducteur et des pattes de connexion électrique s'étendant à l'extérieur de la matière d'enrobage. Selon l'invention, lesdits moyens de montage et de connexion électrique peuvent comprendre une plaque de montage et de connexion électrique. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un boîtier semi-conducteur qui consiste à placer, dans une cavité d'injection d'un moule d'injection, un composant semiconducteur dont une face arrière est fixée sur une face avant de moyens de montage et de connexion électrique et dont une face avant comprend un capteur, et un insert en appui sur la face avant dudit composant optique, autour dudit capteur, et comprenant un passage ouvert s'étendant en avant dudit capteur, dans une position telle qu'un moyen ferme ledit passage, et à injecter une matière d'enrobage dans ladite cavité de façon à encapsuler lesdits moyens de montage et de connexion électrique et, périphériquement, ledit composant semiconducteur et ledit insert. Selon l'invention, le procédé consiste de préférence à placer un joint d'étanchéité annulaire constituant une entretoise entre ledit insert et ledit composant semi-conducteur. Selon l'invention, le procédé consiste de préférence à placer dans ladite cavité d'injection un insert muni d'ailettes de centrage dans cette cavité. Selon l'invention, le procédé consiste de préférence à placer dans ladite cavité d'injection un insert muni d'un bouchon installé dans son passage. Selon l'invention, le procédé consiste de préférence, après démoulage, à installer dans le passage dudit insert un bouchon transparent. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de boîtiers semi-conducteurs munis d'un capteur et leur procédé de fabrication, décrits à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par le dessin sur lequel : - la figure 1 représente, en coupe, un premier boîtier semi-conducteur selon la présente invention, en cours de fabrication ; - la figure 2 représente une vue de dessus du boîtier semiconducteur de la figure 1, après sa fabrication ; - la figure 3 représente une vue en coupe du boîtier semiconducteur de la figure 1, après sa fabrication ; - la figure 4 représente un second boîtier semi-conducteur selon la présente invention, en cours de fabrication ; - la figure 5 représente, en coupe, un troisième boîtier semi-conducteur selon la présente invention, en cours de fabrication ; - et la figure 6 représente, en vue de dessus partiellement en coupe, le troisième boîtier semi-conducteur de la figure 5, après sa fabrication. En se reportant aux figures 1 à 3, on voit qu'on a représenté un boîtier semi-conducteur 1 qui comprend une grille métallique 2, connue en soi, qui présente une plate-forme centrale 3 et des pattes périphériques 4 de connexion électrique. Sur la face avant de la plate-forme 3 est fixée la face arrière d'un composant semi-conducteur 5 par l'intermédiaire d'une couche de colle 6. Ce composant semi-conducteur 5 présente, dans la partie centrale de sa face avant 7, un capteur 8, par exemple un capteur optique, et, à la périphérie de ce capteur 8 des plots de connexion électrique 9 qui sont reliés sélectivement aux pattes de connexion électrique 4 par des fils métalliques 10 en l'air. Le boîtier semi-conducteur 1 comprend en outre un insert 11, par exemple métallique ou en matière plastique, qui présente un corps annulaire 12 placé perpendiculairement au composant semiconducteur 5 et dont une extrémité 13 est en appui contre la face avant 7 du composant semi-conducteur 5, dans sa zone s'étendant entre le capteur 8 et les plots 9. Cet insert 11 détermine ainsi un passage d'accès 14 en face du capteur 8. L'insert 11 présente, à la périphérie de son extrémité opposée au composant semi-conducteur 5, un voile annulaire 15 qui se prolonge radialement par quatre ailettes 16 opposées deux à deux et réparties à 90 autour du corps 12. Ayant préalablement installé un bouchon 17 dans le passage 14 de l'insert 11, par exemple par vissage jusqu'à ce que ce dernier vienne en appui contre un épaulement annulaire 14a prévu dans ce passage 14, l'ensemble décrit ci-dessus est disposé dans la cavité plate 18 formée entre une partie inférieure 19 et une partie supérieure 20 d'un moule d'injection 21 connu en soi, dans la disposition suivante représentée sur la figure 1. D'une part la face arrière de la plate-forme 3 de la grille 2 et d'autre part la face avant 22 de l'insert 11, formée par la face avant du corps 12, la face avant du voile 15 et la face avant des ailettes 16, sont respectivement en contact avec les fonds parallèles 23 et 24 de la cavité 17, formés respectivement dans la partie inférieure 19 et la partie supérieure 20 du moule 21. La face avant du bouchon 17 peut aussi être en contact avec le fond 24. Les pattes 4 de la grille 2 sont prises entre les parties 19 et 20 du moule 21 et dépassent dans la cavité 18. Les extrémités des ailettes 16 sont placées dans les coins de la cavité 18 adjacents à sa paroi de fond 24 et assurent le positionnement de l'insert 11 par rapport au composant semiconducteur 5. La distance entre les fonds 23 et 24 de la cavité 18 détermine l'effort de pression de la face arrière 13 de l'insert 11 sur la face avant 7 du composant semi-conducteur 5. La face avant 22 de l'insert 11 présente une gorge annulaire 25. Dans une variante, la face arrière 13 de l'insert 11 pourrait être collée sur la face avant 7 du composant 5, la couche de colle assurant une certaine souplesse de positionnement de l'insert 11 dans la cavité 18 et un certain contrôle de l'effort de pression de l'insert 11 sur le composant 5. Dans une autre variante, le voile 15 et les ailettes 16 pourraient alors être supprimées. Ceci étant, on procède, de façon connue en soi, à l'injection d'une matière d'enrobage 26 dans la cavité 18 du moule 21 de façon à effectuer une opération d'encapsulation, cette matière d'enrobage 21 entourant la plate-forme 3 de la grille 2, le composant semi-conducteur 5 et l'insert 11 et noyant la partie intérieure des pattes 4 de la grille 2 et les fils 10. Grâce à l'insert 11 muni de son bouchon 17, le passage 14 s'étendant devant le capteur 8 est protégé contre toute introduction de matière d'enrobage lors de l'opération d'injection. De plus, la rainure annulaire 25 constituer une réserve en cas d'infiltration frontale. Le boîtier semi-conducteur 1 étant ainsi réalisé, on peut alors enlever le bouchon 17 de façon à dégager le passage 14 de telle sorte que le capteur 8 est alors accessible de l'extérieur. Comme le montre la figure 3, on peut ensuite, dans le cas par exemple où le capteur 8 est un capteur optique, installer dans le passage 14, à la place du bouchon 17, un bouchon transparent 27 de protection qui pourrait en outre constituer une lentille optique. En se reportant à la figure 4, on voit qu'on a représenté un boîtier semi-conducteur 28 en cours de fabrication, disposé dans la cavité 29 d'un moule d'injection 30. Dans cette variante, le composant semi-conducteur 31 est fixé par une couche de colle 32 sur la face avant d'une plaque 33 de montage et de connexion électrique. L'insert 34 se différencie de l'insert 11 de l'exemple précédent par le fait que ses ailettes 35 vont en s'éloignant du fond 36 de la cavité 29 correspondant au fond 24 du moule 21 de l'exemple précédent, les ailettes 35 venant en appui dans les coins de la cavité 29, à distance de son fond 36. En outre, un joint annulaire d'étanchéité 40 constituant une entretoise est interposé entre la face arrière 37 du corps 38 de l'insert 34, correspondant à la face arrière 13 de l'insert 11 de l'exemple précédent, et la face avant 39 du composant semi-conducteur 31. Ce joint 40 est de préférence collé d'une part contre la face 37 et d'autre part contre la face 38 et peut assurer une certaine souplesse de positionnement de l'insert 34. Lors de l'opération d'injection, comme dans l'exemple précédent, d'une matière d'enrobage 41 dans la cavité 29 du moule 28, cette matière d'enrobage est empêchée de pénétrer dans le passage 42 de l'insert 34 par un bouchon 43 installé dans ce passage 42 et par le joint d'étanchéité 40, ce dernier permettant en outre de réduire et de contrôler l'effort d'appui de l'insert 34 sur le composant semiconducteur 31. Dans cette variante, les ailettes 35 de l'insert 34 sont noyées dans la matière d'enrobage 41. En se reportant aux figures 5 et 6, on voit qu'on a représenté un boîtier semi-conducteur 44 qui ne se différencie du boîtier semi-conducteur 1 décrit en référence aux figures 1 et 2 que par le fait que son insert 45 présente une fente 46 ménagée radialement dans son corps 47 et ouverte d'un côté. Une plaque 48, par exemple en verre, est installée dans la fente 46 de l'insert 45 et constitue un bouchon obstruant le passage 49 de cet insert, en remplacement du bouchon 17 de l'exemple précédent. Après l'opération d'injection de la matière d'enrobage qui s'effectue de la même manière que dans l'exemple précédent, la plaque 48, montée de façon étanche, est installée définitivement dans le boîtier semi-conducteur 44. La présente invention ne se limite pas aux exemples cidessus décrits. Bien des variantes de réalisation sont possibles sans sortir du cadre défini par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Boîtier semi-conducteur, caractérisé par le fait qu'il comprend : - un composant semi-conducteur (5) dont une face arrière est fixée sur une face avant de moyens de montage et de connexion électrique (2) et dont une face avant comprend un capteur (8), - un insert (11) en appui sur la face avant dudit composant optique, autour dudit capteur, et comprenant un passage ouvert (14) s'étendant en avant dudit capteur, - et des moyens d'encapsulation (26) comprenant une matière d'enrobage qui entoure ledit composant semi-conducteur et les moyens de montage et de connexion électrique. 2. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit insert (34) est en appui sur la face avant dudit composant optique par l'intermédiaire d'un joint annulaire d'étanchéité (40) constituant une entretoise. 3. Boîtier selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que ledit insert (11) est fixé sur la face avant dudit composant optique par collage. 4. Boîtier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'un bouchon (17) est installé dans ledit passage dudit insert. 5. Boîtier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit bouchon (27) est transparent. 6. Boîtier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit bouchon (48) est intégré dans ledit insert. 7. Boîtier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit insert (11) comprend, dans sa face avant, une gorge annulaire (25). 8. Boîtier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lesdits moyens de montage et de connexion électrique comprennent une grille (2) présentant une plate- forme de montage dudit composant semi-conducteur et des pattes de connexion électrique s'étendant à l'extérieur de la matière d'enrobage. 9. Boîtier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lesdits moyens de montage et de connexion électrique comprennent une plaque (33) de montage et de connexion électrique. 10. Procédé de fabrication d'un boîtier semi-conducteur, caractérisé par le fait qu'il consiste : - à placer, dans une cavité d'injection (18) d'un moule d'injection (21), un composant semi-conducteur (5) dont une face arrière est fixée sur une face avant de moyens de montage et de connexion électrique (2) et dont une face avant comprend un capteur (8), et un insert (11) en appui sur la face avant dudit composant optique, autour dudit capteur, et comprenant un passage ouvert (14) s'étendant en avant dudit capteur, dans une position telle qu'un moyen ferme ledit passage, - et à injecter une matière d'enrobage (26) dans ladite cavité de façon à encapsuler lesdits moyens de montage et de connexion électrique et, périphériquement, ledit composant semi-conducteur et ledit insert. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'il consiste à placer un joint d'étanchéité annulaire (40) constituant une entretoise entre ledit insert et ledit composant semi-conducteur. 12. Procédé selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé par le fait qu'il consiste à placer dans ladite cavité d'injection un insert muni d'ailettes (16) de centrage dans cette cavité. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé par le fait qu'il consiste à placer dans ladite cavité d'injection un insert muni d'un bouchon (17,48) installé dans son passage (14). 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé par le fait qu'il consiste, après démoulage, à installer dans le passage dudit insert un bouchon transparent (27).