Brevet FR2823376A1 — publié le 20021011

Etat de la technique L'invention concerne un dispositif de montage pour un composant électronique, comprenant au moins un élément semiconducteur mis en contact par surface avec sa face supérieure et sa face inférieure, chaque fois avec un support de circuit. L'invention concerne également un procédé de montage d'un tel composant électronique à l'aide d'un tel dispositif de montage. De nombreux semi-conducteurs de puissance doivent être mis en contact électrique à la fois par la face supérieure structurée et par la face inférieure. La mise en contact électrique de la face inférieure se fait en général par le procédé appelé die attach Il. Selon ce procédé, on fixe l'élément semi-conducteur en le soudant ou en le coulant sur un support conducteur électrique par exemple un substrat, un radiateur ou une grille estampée. La mise en contact de la face supérieure se fait généralement par un procédé de liaison par fil. Pour cela, on utilise surtout des fils d'aluminium soudés aux ultrasons qui sont fixés sur l'élément semiconducteur ; ces fils arrivent au support conducteur électrique pour y être également fixés par liaisons de fils. Pour les courants à commuter en électronique de puissance, il faut placer pour chaque élément semi-conducteur entre trois et six ponts de liaison. Cela se traduit d'une part par un encombrement considérable pour les zones de liaison sur l'élément semi-conducteur et d'autre part cela constitue une source d'incidents relativement importante ou un taux de défaillance important. De plus dans le cas de liaisons par fils d'aluminium, ce procédé se fait pièce par pièce, ce qui demande un temps considérable pour la fabrication de tels composants électroniques notamment dans les grandes séries. Enfin, il faut remarquer que les ponts de liaison en électronique de puissance créent des inductances parasites non négligeables. Le document WO 98/15005 décrit une construction en sandwich pour des composants électroniques qui ne nécessitent pas les ponts de liaison évoqués ci-dessus. De plus, le contact du semiconducteur de puissance se fait à plat avec un support de circuit à la fois par sa face inférieure et sa face supérieure. A la fois pour la fabrication d'un tel composant électronique et pour son montage dans un appareil, il faut que les deux supports de circuit soient orientés parallèlement avec des tolérances aussi réduites que possible. L'ajustage nécessaire à cet effet pour les deux supports de circuit s'avère en pratique comme délicat. Avantages de l'invention La présente invention concerne un dispositif de montage pour composants électroniques à construction en sandwich, permettant d'ajuster les deux supports de contact de manière simple l'un par rapport à l'autre pendant le montage du composant électronique. Ainsi, le dispositif de montage selon l'invention est caractérisé par une première coquille inférieure munie d'un logement pour le premier des deux supports de circuit, des moyens pour aligner de manière définie le premier support de circuit dans le logement, et une seconde coquille supérieure avec des moyens pour ajuster le second support de circuit associé à l'élément semi-conducteur. De plus, l'invention concerne un procédé de montage d'un tel composant électronique à l'aide d'un tel dispositif de montage. Ce procédé est caractérisé selon l'invention en ce que - on place le premier support de circuit dans le logement de la première coquille du dispositif de montage, - on aligne de manière définie le premier support de circuit à l'aide de broches d'ajustage en saillie de la paroi latérale du logement et au moins une broche de positionnement installée et positionnée de façon correspondante, dans la direction x et dans la direction y, c'est-à-dire dans le plan du premier support de circuit, - on place l'élément semi-conducteur sur le premier support de circuit, on place le second support de circuit au-dessus de l'élément semiconducteur sur la première coquille, - on aligne de manière définie le premier support de circuit à l'aide des broches d'ajustage en saillie du fond du logement et au moins deux serre-flancs prévus et montés sur la seconde coquille, dans la direction z, c'est-à-dire perpendiculairement au plan du premier support de circuit. - on ajuste le second support de circuit dans la direction x et dans la direction y en faisant passer des broches d'ajustage prévues sur la seconde coquille à travers des orifices d'indexage du second support de circuit et en les positionnant dans des cavités correspondantes de la première coquille, et - on ajuste le second support de circuit dans la direction z en pressant l'une contre l'autre la première coquille et la seconde coquille. L'élément semi-conducteur est positionné sur le premier support de circuit et le second support de circuit est positionné au-dessus de l'élément semi-conducteur sur la première coquille. Puis, on aligne de manière définie le premier support de circuit à l'aide de broches d'ajustage en saillie de la paroi du fond du logement et au moins deux serre-flancs prévus et montés sur la seconde coquille, dans la direction z, c'est-à-dire perpendiculairement au plan du premier support de circuit pour assurer l'alignement défini. Le second support de circuit est ajusté dans la direction x et dans la direction y en ce que l'on guide dans le second support de circuit à travers des orifices d'indexage, les broches d'ajustage sur la seconde coquille et on les positionne dans des cavités correspondantes de la première coquille. On ajuste le second support de circuit dans la direction z en pressant la première coquille et la seconde coquille l'une contre l'autre. Il est à remarquer que le dispositif de montage selon l'invention peut s'utiliser non seulement pour l'ajustage réciproque des deux supports de circuit, mais également comme supports de pièce pour les procédés de liaison comme par exemple pour le soudage ou le collage. Le dispositif de montage et le procédé selon l'invention permettent non seulement un ajustage très précis, simple et simultané des deux supports de circuit d'un composant électronique de construction en sandwich mais également une mise en forme individuelle du composant électronique pour ses dimensions et sa forme extérieure. C'est ainsi qu'un composant électronique réalisé avec les moyens de l'invention peut être moulé et rendu hermétique de manière simple suivant son emplacement définitif. Il est en outre possible de rendre le composant électronique compatible par ses dimensions avec la norme internationale pour les emballages standard en plastique de composants électroniques (JEDEC-95), pour les composants de la technique SMT (Technique de montage en surface). Le procédé de fabrication finale est identique à la fabrication d'un boîtier de puissance normalisé. Pour la suite du traitement, on dispose ainsi des habituels procédés comme par exemple la technique de montage en surface (ou technique SMT). De plus, on peut également utiliser des supports de circuit dont la géométrie permet un autre montage du composant électronique. Le dispositif de montage selon l'invention convient tout particulièrement pour ajuster des supports de circuit sous la forme de grilles estampées. En faisant fondre les branches de liaison internes et/ou externes de telles grilles estampées, on peut réaliser les géométries des fils ouverts permettant par exemple un montage par soudage, brasage, rivetage ou vissage. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans l'unique figure annexée qui est une coupe d'un dispositif de montage selon l'invention. Description de l'exemple de réalisation Le dispositif de montage 1 représenté dans l'unique figure est un dispositif de montage pour un composant électronique ayant au moins un composant semi-conducteur 30 mis en contact à plat par sa face inférieure ou sa face supérieure avec chaque fois un support de circuit 31,32. La construction d'un tel composant électronique en construction dite sandwich sera décrite ci-après de manière plus détaillée en liaison avec le dispositif de montage 1. Le dispositif de montage 1 comprend une première coquille inférieure 10 avec un logement 11 pour le premier des deux supports de circuit 31. Des moyens sont prévus pour aligner de manière définie le premier support de circuit 31 dans le logement 11. Enfin, le dispositif de montage 1 comporte une seconde coquille supérieure 20 avec des moyens pour ajuster le second support de circuit 32 sur l'élément semiconducteur 30. Pour l'alignement du premier support de circuit 31 dans la direction x et dans la direction y dans le logement 11, c'est-à-dire dans le plan du premier support de circuit 31, on a prévu plusieurs premières broches d'ajustage 12. Une seule de ces broches est représentée. Les premières broches d'ajustage 12 sont en saillie de la paroi latérale du logement 11. On a prévu en outre deux broches de positionnement 13 dont une seule est représentée. Les broches de positionnement 13 sont prévues dans la première coquille 10 et sont installées de façon à pousser le premier support de circuit 31 contre la première broche d'ajustage 12. Les broches de positionnement 13 peuvent être montées à ressort ou avec un filetage pour le vissage. Pour aligner le premier support de circuit 31 dans la direction z, c'est-à-dire perpendiculairement au plan du premier support de circuit 31, on a plusieurs secondes broches d'ajustage 14 qui sont en saillie par rapport à la paroi du fond du logement 11. La seconde coquille 20 comporte plusieurs serre-flancs 21 installés pour pousser le premier support de circuit 31 contre les secondes broches d'ajustage 14. Comme les broches de positionnement 13, les serre-flancs 21 peuvent être montés à ressort ou avec un filetage pour le vissage. Pour ajuster le second support de circuit 32 sur l'élément semi-conducteur 30, la seconde coquille 20 comporte au moins deux broches d'ajustage 22 passant par des trous d'indexage 33 prévus à cet effet dans le second support de circuit 32 et qui se positionnent dans des cavités correspondantes 15 de la première coquille 10. L'alignement du second support de circuit 32 dans la direction x/y se fait à l'aide de la broche d'ajustage 22. Des moyens sont prévus pour aligner le second support de circuit 32 dans la direction z. Il s'agit de moyens pour comprimer et notamment des moyens pour visser la première coquille 10 avec la seconde coquille 20. Mais ces moyens ne sont pas représentés dans l'unique figure. Comme déjà indiqué, les deux supports de circuit d'un composant électronique de construction en sandwich peuvent être réalisés avantageusement sous la forme de grilles estampées. Dans le cadre du procédé de l'invention, on place d'abord la grille estampée inférieure 31 dans le logement 11 de la première coquille. A l'aide des premières broches d'ajustage 12 venant en saillie de la paroi latérale du logement 11 et à l'aide des deux broches de positionnement 13, on aligne de manière définie la grille estampée 31, inférieure dans la direction x et dans la direction y. Pour le procédé die attach , il faut munir la grille estampée 31, inférieure de moyens de liaison 34 appropriés comme par exemple de la pâte à braser ou de la colle. Avant de placer la grille estampée 31 dans le logement 11 de la coquille inférieure 10, on peut utiliser pour cela un procédé d'impression à gabarit. La grille estampée inférieure peut également recevoir le moyen de liaison 34 seulement après la mise en place dans le logement 11 de la coquille inférieure 10, par exemple par distribution de pâte à braser. Ensuite, on place l'élément semi-conducteur 30 sur la grille estampée 31, inférieure. Le moyen de liaison 35 entre l'élément semi-conducteur 30 et la grille estampée supérieure 32 peut être appliqué soit sur la face supérieure de l'élément semi-conducteur 30, soit sur la face inférieure de la grille estampée 32 supérieure. Dans le premier cas, il est avantageux d'appliquer le moyen de liaison 35 sur la surface supérieure de l'élément semi-conducteur 30 avant de positionner cet élément semi-conducteur 30. Puis, on place la grille estampée supérieure 32 sur l'élément semi-conducteur 30 et la coquille inférieure 10. La grille supérieure 32 doit être formée pour que les surfaces à mettre en contact dans la direction x et dans la direction y se trouvent exactement au-dessus des surfaces à mettre en contact de l'élément semi-conducteur 30. Comme moyens d'ajustage, la grille supérieure 32 comporte des orifices d'indexage 33. L'ajustage de la grille supérieure 32 dans la direction x et dans la direction y se fait à l'aide des broches d'ajustage 22 de la coquille supérieure ; ces broches passent par les orifices d'indexage 33 dans les cavités 15 correspondantes de la coquille inférieure 10. L'alignement de la grille inférieure 31 dans la direction z se fait seulement après la mise en place de la grille supérieure 32 sur l'élément semi-conducteur 30 et de la coquille inférieure 10 à l'aide des serre-flancs 21 de la coquille supérieure 20. Ces serre-flancs traversent la grille supérieure 32 et poussent la grille inférieure 31 contre les broches d'ajustage 14 en saillie du fond du logement 11 de la première coquille 10. L'ajustage de la grille supérieure 32 dans la direction z se fait par compression ou vissage de la coquille supérieure 20 à la coquille inférieure 10. L'ajustage des deux grilles 31,32 dans les trois directions de l'espace permet après avoir fait fondre la soudure ou avoir fait prendre la colle, de déplacer uniquement l'élément semi-conducteur 30 entre les deux grilles 31,32, ce qui est exactement tout aussi peu critique que le positionnement de l'élément semi-conducteur 30 sur la grille inférieure 31. Du fait de la tension superficielle du moyen de liaison liquide, il se forme des couches de liaison homogènes 34,35 dont l'épaisseur dépend de la quantité appliquée comme revêtement. Le dispositif de montage selon l'invention et son procédé permettent la réalisation de composants électroniques en construction en sandwich avec deux supports de circuit sous la forme de grilles estampées et soudage ou collage comme procédé de liaison. L'invention fournit des moyens simples à l'aide desquels les deux grilles estampées peuvent être ajustées de préférence parallèlement l'une à l'autre pendant le procédé de liaison. Une telle orientation parallèle des deux grilles avec des tolérances aussi réduites que possible est par exemple nécessaire si le composant électronique doit être moulé après le montage et/ou s'il doit être monté dans un appareil électrique pour avoir un refroidissement par les deux faces. Enfin, il est à remarquer qu'à l'aide du dispositif de montage selon l'invention, suivant la réalisation des deux coquilles en particulier la mise en place dans la coquille inférieure, on peut en principe avoir également d'autres orientations définies entre les deux supports de circuit d'un composant électronique. REVENDICATIONS 1 ) Dispositif de montage (1) pour un composant électronique, comprenant au moins un élément semi-conducteur (30) mis en contact par surface avec sa face supérieure et sa face inférieure, chaque fois avec un support de circuit (31,32), caractérisé par - une première coquille inférieure (10) munie d'un logement (11) pour le premier des deux supports de circuit (31), - des moyens pour aligner de manière définie le premier support de circuit (31) dans le logement (11), et - une seconde coquille supérieure (20) avec des moyens pour ajuster le second support de circuit (32) associé à l'élément semi-conducteur (30). 2 ) Dispositif de montage (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour l'alignement du premier support de circuit (31) dans le logement (11), suivant la direction x et la direction y, c'est-à-dire dans le plan du premier support de circuit (31), on a plusieurs premières broches d'ajustage (12) en saillie de la paroi latérale du logement (11) et au moins une broche de positionnement (13), cette broche de positionnement (13) étant installée et montée pour pousser le premier support de circuit (31) contre les premières broches d'ajustage (12). 3 ) Dispositif de montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour aligner le premier support de circuit (31) associé au logement (11), dans la direction z, c'est-à-dire perpendiculairement au plan du premier support du circuit (31), il y a plusieurs secondes broches d'ajustage (14) en saillie du fond du logement (11) et au moins un organe d'enfoncement (21), l'organe d'enfoncement (21) étant monté sur la seconde coquille (20) et placé pour pousser le premier support de circuit (31) contre la seconde broche d'ajustage (14). 4 ) Dispositif de montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde coquille (20) pour ajuster le second support de circuit (32) placé sur l'élément semi-conducteur (30) comprend au moins deux broches d'ajustage (22) guidées à travers des orifices d'indexage (33) prévus à cet effet dans le second support de circuit (32) et positionnées dans des cavités correspondantes (15) de la première coquille (10). 5 ) Dispositif de montage selon la revendication 1, caractérisé par des moyens pour presser notamment des moyens pour visser la première coquille (10) à la seconde coquille (20). 6 ) Procédé de montage d'un composant électronique à l'aide d'un dispositif de montage (1), - le composant électronique comprenant au moins un élément semi- conducteur (30) mis en contact de surface avec un support de circuit (31,32) respectif par sa face inférieure et sa face supérieure, - le second support de circuit (32) ayant des orifices d'indexage (33) pour l'ajustage, et - le dispositif de montage (1) ayant une première coquille inférieure (10) avec un logement (11) pour le premier des deux supports de circuit (31), des moyens pour aligner de manière définie le premier support de circuit (31) dans le logement (11) et une seconde coquille supérieure (20) avec des moyens pour ajuster le second support de circuit (32) placé sur l'élément semi-conducteur (30), caractérisé en ce qu' - on place le premier support de circuit (31) dans le logement (11) de la première coquille (10) du dispositif de montage (1), - on aligne de manière définie le premier support de circuit (31) à l'aide de broches d'ajustage (12) en saillie de la paroi latérale du logement (11) et au moins une broche de positionnement (13) installée et positionnée de façon correspondante, dans la direction x et dans la direction y, c'est-à-dire dans le plan du premier support de circuit (31), - on place l'élément semi-conducteur (30) sur le premier support de circuit (31), - on place le second support de circuit (32) au-dessus de l'élément semi- conducteur (30) sur la première coquille (10), - on aligne de manière définie le premier support de circuit (31) à l'aide des broches d'ajustage (14) en saillie du fond du logement (11) et au moins deux serre-flancs (21) prévus et montés sur la seconde coquille (20), dans la direction z, c'est-à-dire perpendiculairement au plan du premier support de circuit (31), - on ajuste le second support de circuit (32) dans la direction x et dans la direction y en faisant passer des broches d'ajustage (22) prévues sur la seconde coquille (20) à travers des orifices d'indexage (33) du second support de circuit (32) et en les positionnant dans des cavités correspondantes (15) de la première coquille (10), et - on ajuste le second support de circuit (32) dans la direction z en pressant l'une contre l'autre la première coquille (10) et la seconde coquille (20). 7 ) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' on munit le premier support de circuit (31) d'un moyen de liaison (34) notamment d'une pâte à braser ou d'une colle avant de le placer dans le logement (11). 8 ) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu' on applique le moyen de liaison (34) par une impression au pochoir sur le premier support du circuit (31). 9 ) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' après son installation dans le logement (11), on munit le premier support du circuit (31) d'un moyen de liaison (34) notamment d'une pâte à braser ou d'une colle. 10 ) Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu' on applique le moyen de liaison (34) par distribution sur le premier support de circuit (31). 11 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce qu' on munit la face supérieure de l'élément semi-conducteur (30) d'un moyen de liaison (35). 12 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce qu' on munit la face inférieure du second support de circuit (32) d'un moyen de liaison (35). 13 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 12, caractérisé en ce qu' on réunit par vissage la première coquille (10) et la seconde coquille (20).