Brevet FR2853136A3 — publié le 20041001

FR 2853136 A3 20041001 FR 0350060 A 20030325 BOITIER INCORPORE POUR DISPOSITIF A SEMI-CONDUCTEUR DESCRIPTION Domaine de l'invention La présente invention concerne de façon générale les boîtiers pour semi-conducteur et en particulier un boîtier incorporé utilisant une conception de 10 coupelle, améliorée. Arrière-plan de l'invention Le besoin d'avoir une haute densité de garnissage 15 ou implantation de composants utilisant des dispositifs à semi-conducteur, avec le besoin continu d'obtenir des capacités optimales de transfert thermique pour de tels dispositifs, a mené au développement de boîtiers "incorporés". Ces boîtiers 20 le plus souvent utilisés pour des applications tel que des redresseurs à haute puissance ont permis d'augmenter la popularité en particulier dans l'industrie automobile, là o les redresseurs électriques sont souvent utilisés dans des conceptions 25 d'alternateur par groupes de 6 ou 8. Tel que représenté sur les Figs. 1 et 2, le boîtier incoporé classique pour un dispositif à semiconducteur 30a comprend principalement un conducteur lOa, une coupelle 20a, et un dispositif à semi30 conducteur 30a. La coupelle 20a contient en son sein une paroi intérieure 21a et une cavité 22a est définie par la paroi 21a pour recevoir le dispositif à semiconducteur 30a tel que représenté sur la Fig. 2. Le SR 22975 TW/JB dispositif à semi-conducteur 30a est placé dans la cavité 22a, une face étant fixée sur la coupelle 20a et une autre face étant connectée au conducteur lOa. Un gel de silice 40a est introduit dans la cavité 22a 5 pour protéger le dispositif à semi-conducteur 30a y étant contenu. Ensuite, le boîtier à semi-conducteur est incorporé dans un trou 51a d'une plaquette 50a en appliquant une force axiale 60a pour assurer la connexion à d'autres dispositifs. Cependant, dans le boîtier à semi-conducteur mentionné ci-dessus, le gel de silice 40a est introduit dans la cavité 22a de la coupelle 20a pour protéger le dispositif à semi-conducteur 30a. Toutefois, la température limite, de résistance à la 15 chaleur, du gel de silice 40a n'est que de 1750C et la propriété de résistance à l'humidité du gel de silice 40a n'est pas bonne. Lorsque le dispositif à semiconducteur 30a produit beaucoup de chaleur pendant le fonctionnement, le gel de silice 40a tend à former un 20 intervalle, entre ce gel de silice 40a et le conducteur lOa ou la paroi 21a, ceci sous l'effet du choc thermique et du durcissement ou de l'impact mécanique. De l'humidité peut pénétrer dans l'interstice et dégrader le dispositif à semi25 conducteur 30a et corroder le conducteur 10a. De plus, un effet Schottky ou effet de grenaille peut également se produire et dégrader la durée de vie du dispositif à semi-conducteur 30a. De plus, le boîtier à semi-conducteur est 30 incorporé dans le trou 50a de la carte 50a et la région de la paroi 2la servant de montage au dispositif à semi-conducteur 30a peut se trouver déformée. Le dispositif à semi-conducteur 30a placé SR 22975 TW/JB dans la cavité 22a subit des problèmes de clivage, lorsque le fond de la coupelle 20a est déformé, spécialement au bord du dispositif à semi-conducteur 30a. Résumé de l'invention Le but de la présente invention est de fournir un boîtier incorporé pour un dispositif à semi10 conducteur, dans lequel le dispositif à semiconducteur est empêché d'être endommagé pendant un fonctionnement à haute température. Sous un aspect de la présente invention, la coupelle comporte en son sein une gorge et un 15 étagement de montage en matrice de sorte que l'épaisseur entre la surface de liaison à la matrice de l'étagement de montage en matrice et la partie inférieure de la coupelle est supérieure à l'épaisseur qu'on a entre le fond de la gorge et le fond de la 20 coupelle. Par conséquent, la rigidité entre la surface de liaison à la matrice de l'étagement de montage en matrice et le fond de la coupelle est supérieure à la rigidité qu'on a entre le fond de la gorge et le fond de la coupelle. Lorsque le boîtier incorporé du 25 dispositif à semiconducteur est incorporé dans un trou sur une carte, la force de contrainte est absorbée au niveau de la gorge et l'on réduit l'ampleur du gauchissement de l'étagement de montage en matrice. Sous un aspect de la présente invention, une lèvre est prévue sur l'étagement de montage en matrice, afin de stopper le fluage dans la gorge de la forme en matériau isolant. SR 22975 TW/JB Sous un aspect encore de la présente invention, une douille est prévue pour encercler la partie tige du conducteur, afin d'empêcher la corrosion du moule de conducteur. Sous un aspect encore de la présente invention, une partie de disque comporte une rampe pour guider la direction d'écoulement du matériau d'isolement. Sous un autre aspect de la présente invention, un matériau d'isolation est appliqué en revêtement sur le 10 dispositif conducteur pour empêcher que l'humidité envahisse la cavité et dégrade le dispositif à semiconducteur. Sous un autre aspect encore de la présente invention, un corps de tampon est introduit dans 15 ladite cavité et est fixé à ladite coupelle et mis en prise avec le verrou de moule pour fournir un effet de tampon pour le dispositif à semi-conducteur et pour empêcher que l'humidité n'envahisse la cavité et dégrade le dispositif à semi-conducteur. Pour atteindre le but ci-dessus, la présente invention fournit un boîtier amélioré pour des dispositifs à semi-conducteur qui comprend un conducteur, une coupelle, un dispositif à semiconducteur, un étagement de montage en matrice et une 25 gorge. Le dispositif à semi-conducteur comporte une première face et une deuxième face, la première face étant connectée au conducteur. La coupelle a une première surface et une deuxième surface connectée à la première surface, la première et la deuxième 30 surface définissant une cavité. L'étagement de montage en matrice est en saillie depuis la première surface et est contiguë à la cavité, l'étagement de montage en matrice est connecté à la deuxième face du dispositif SR 22975 TW/JB à semi-conducteur et la gorge formée entre la deuxième surface et l'étagement de montage en matrice, et mis en communication avec la cavité. Les divers objets et avantages de la présente 5 invention vont être mieux aisément compris à la lecture de la description détaillée ci-après, lue en liaison avec les dessins annexés dans lesquels Brève description des figures La Fig. 1 La Fig. 2 représente une vue en coupe d'un boîtier incorporé de l'art antérieur, pour dispositif à semi-conducteur; représente une vue en coupe, d'une coupelle dans un boîtier incorporé de l'art antérieur, pour dispositif à semiconducteur; représente une vue combinée du boîtier incorporé pour dispositif à semiconducteur; représente une vue éclatée du boîtier incorporé pour dispositif à semiconducteur. La Fig. 3 La Fig. 4 SR 22975 TW/JB Description détaillée de l'invention La présente invention est destinée à fournir un boîtier incorporé pour le dispositif à semi5 conducteur. La Fig. 3 représente une vue combinée du boîtier incorporé pour dispositif à semi-conducteur. Le boîtier incorporé de la présente invention comprend un conducteur 10, un dispositif à semi-conducteur 20 et une coupelle 30. Le dispositif à semi-conducteur 20 10 est connecté au conducteur 10 et à la coupelle 30 puis le boîtier incorporé est introduit dans un trou 41 ménagé sur une plaquette 40 pour assurer la connexion à d'autres dispositifs. Tel que représenté sur la Fig. 4, le conducteur 15 10 comprend une partie tige 11 et une partie disque 12 formée sur une extrémité de la partie tige 11. La partie tige 11 et la partie disque 12 fournissent une connexion électrique et mécanique vers d'autres dispositifs. Ensuite, une rampe 13 est formée sur la 20 surface supérieure de la partie disque 12 et est placée autour d'un périmètre de la partie disque 12. Le dispositif à semi-conducteur 20 est un dispositif à semi-conducteur de puissance et comprend une première face 21 et une deuxième face 22 opposée à 25 la première face 21. La première face 21 du dispositif à semi-conducteur 20 est connectée au fond de la partie disque 12. Tel que représenté sur la Fig. 4, la coupelle 30 est le substrat du dispositif à semi-conducteur monté 30 en boîtier et comporte une première surface 31 et une deuxième surface 32 connectée à la première surface 31. La première surface 31 et la deuxième surface 32 définissent une cavité 33 dans la coupelle 30. Un SR 22975 TW/JB étagement de montage en matrice 34 est réalisé, en saillie depuis la première surface 31 de manière qu'une gorge 35 soit formée entre la deuxième surface 32 et l'étagement de montage en matrice 34. La gorge 5 35 communique avec la cavité 33. L'étagement de montage en matrice 34 a une surface de liaison à la matrice 45 formée sur une face supérieure de celui-ci. Au moins un verrou de moule 37 est réalisé, en saillie depuis la deuxième surface 32 et est à un niveau 10 supérieur à celui du dispositif à semiconducteur 20. L'épaisseur entre la surface de liaison à la matrice 45 de l'étagement de montage en matrice 34 et le fond de la coupelle 30 est supérieure à l'épaisseur entre le fond de la gorge 35 et le fond de la coupelle 30. 15 Par conséquent, la rigidité entre la surface de liaison à la matrice 45 de l'étagement de montage en matrice 34 et le fond de la coupelle 30 est supérieure à la rigidité qu'on a entre le fond de la gorge 35 et le fond de la coupelle 30. L'étagement de montage en 20 matrice 34 comporte une lèvre 36 placée autour du périmètre de la surface de liaison à la matrice 45. La coupelle 30 a une cavité 38 sur la face inférieure et une rampe d'insert 39 est formée pour entourer l'extérieur de la coupelle 30, afin de faciliter 25 l'incorporation de la coupelle 30 dans le trou 41 réalisé sur la plaquette 40, et la rampe pour insert 39 forme un angle d'inclinaison è par rapport à un plan vertical, l'angle d'inclinaison è étant compris dans la plage entre 10 et 20 . En outre, une douille 30 70 est assemblée sur la partie tige 11 du conducteur et fixée au conducteur 10. Tel que représenté sur la Fig. 3, la deuxième surface 22 du dispositif à semi-conducteur 20 est SR 22975 TW/JB fixée sur la surface de liaison à la matrice 45 de l'étagement de montage en matrice 34 et la face inférieure de la partie disque 12 est fixée sur la première face 21 du dispositif à semi-conducteur 20. 5 Le matériau isolant 50 est guidé par la rampe 13 de la partie disque 12 pour s'écouler dans la surface de liaison à la matrice 45 et être bloqué par la lèvre 36 de manière que le matériau isolant 50 ne s'écoule pas dans la gorge 35 (représenté sur la Fig. 4). Le 10 dispositif à semi-conducteur 20 est revêtu d'un matériau isolant 50 sur sa face latérale et la partie disque 12 est revêtue d'un matériau isolant 50 sur sa face latérale. De cette manière, le dispositif à semiconducteur 20 est isolé hermétiquement sur l'étagement 15 de montage en matrice 34. Le matériau isolant 50 peut être résistant à la chaleur et être un matériau fortement isolant tel que du polyimide. Les propriétés de résistance à la chaleur et de forte isolation manifestées par le polyimide permettent d'assurer 20 l'isolation pour la région de non-contact entre le dispositif à semi- conducteur 20 et l'étagement de montage en matrice 34 et l'isolation pour la région de non-contact entre le dispositif à semi-conducteur 20 et le conducteur 10. Par conséquent, le problème de fuite du dispositif à semi- conducteur 20 peut être empêché dans un environnement de fonctionnement à la fois à haute température et à basse température. La lèvre 36 de l'étagement de montage en matrice 34 empêche que le matériau isolant 50 s'écoule dans la 30 gorge 35 de la coupelle 30. Après cela, un corps formant tampon 60 est introduit dans la cavité 31 et fixé à la coupelle 30, le conducteur 10 et la douille 70 devant offrir une protection supplémentaire au SR 22975 TW/JB dispositif à semi-conducteur 20 sur l'étagement de montage en matrice 34. Le corps formant tampon 60 est mis en prise avec le verrou de moule 37 pour retenir plus encore le dispositif à semi-conducteur 20 sur la surface de liaison à la matrice 45 de la coupelle 30. Le boîtier incorporé pour dispositif à semiconducteur est incorporé dans le trou 41 réalisé sur la plaquette 40 afin de le monter de façon serrée. La face latérale de la coupelle 30 est sujette à la 10 pression venant de la circonférence du trou 41 faisant que la partie inférieure de la coupelle 30 subisse des problème de gauchissement. Grâce à la rigidité agissant entre la surface de liaison à la matrice 45 de l'étagement de montage en matrice 34 et le fond de 15 la coupelle 30, est supérieure à la rigidité que l'on a entre le fond de la gorge 35 et le fond de la coupelle 30, la contrainte est concentrée au niveau de la gorge 35 et le gauchissement de l'étagement de montage en matrice 34 est réduit. Le dispositif à 20 semi-conducteur 20 est soumis à une force d'impact lorsque le boîtier incorporé pour dispositif à semiconducteur est incorporé dans le trou 41 réalisé sur la plaquette 40. Le corps formant tampon 60 introduit par remplissage dans la cavité 31 est utilisé pour 25 réduire la force d'impact du dispositif à semiconducteur 20. Le corps formant tampon 60 peut être en matériau tel que de la silice et est fixé fermement au conducteur 10, à la douille 70, à la première surface 31, à la première surface 31 et à la deuxième surface 30 32. De plus, le corps formant tampon 60 fournit également une aptitude à la perméabilité et à résister aux intempéries. En outre, la surface de liaison à la matrice 45 de l'étagement de montage en matrice 34 est SR 22975 TW/JB à un niveau supérieur à la rampe pour insert 39 dans le but de réduire le gauchissement se produisant dans l'étagement de montage en matrice 34. Bien que la présente invention ait été décrite en 5 référence à son mode de réalisation préféré, il est évident que l'invention n'est pas limitée aux détails de celui-ci. Divers remplacements et modifications ont été suggérés dans la description ci- dessus et d'autres vont apparaître à l'homme de l'art ordinaire. Par 10 conséquent, la totalité de ces substitutions et modifications sont entendues comme étant englobées dans le champ de l'invention, tel que défini aux revendications annexées. SR 22975 TW/JB REVENDICATIONS 1. Un boîtier incorporé pour dispositif à semiconducteur, comprenant un conducteur (10) ; un dispositif à semi-conducteur (20) comportant une première face et une deuxième face, ladite première face étant connectée au conducteur (10); une coupelle (30), ayant une première surface et 10 une deuxième surface, connectée à ladite première surface, ladite première surface et ladite deuxième surface définissant une cavité; un étagement de montage en matrice (34), en saillie depuis ladite première surface, et logée dans 15 ladite cavité, ledit étagement de montage en matrice (34) étant connecté à ladite deuxième face dudit dispositif à semi- conducteur (20); une gorge (35), formée sur ladite coupelle (30), entre ladite deuxième surface et ledit étagement de 20 montage en matrice (34), est mise en communication avec ladite cavité; et un corps formant tampon (60), introduit dans ladite cavité et fixé sur ladite coupelle (30) et ledit conducteur (10). 2. Le boîtier incorporé pour dispositif à semiconducteur selon la revendication 1, dans lequel ledit étagement de montage en matrice (34) comporte sur lui une surface de liaison à la matrice et relie à ladite deuxième surface dudit dispositif à semi-conducteur 30 (20). 3. Le boîtier incorporé pour dispositif à semiconducteur selon la revendication 2, dans lequel ladite deuxième face dudit dispositif à semiSR 22975 TW/JB conducteur (20) connecte à ladite surface de montage en matrice dudit étagement de montage en matrice (34). 4. Le boîtier incorporé pour dispositif à semiconducteur selon la revendication 1, comprenant en 5 outre une lèvre, faisant saillie depuis ledit étagement de montage en matrice (34). 5. Le boîtier incorporé pour dispositif à semiconducteur selon la revendication 4 dans lequel ledit étagement de montage en matrice (34) comporte sur lui 10 une surface de liaison à la matrice, et ladite lèvre est placée autour d'un périmètre de ladite surface de liaison à la matrice. 6. Le boîtier incorporé pour dispositif à semiconducteur selon la revendication 1, dans lequel ledit 15 conducteur (10) a une partie tige et une partie disque, connectée à une extrémité de ladite partie tige, et une douille assemblée sur ladite partie tige. 7. Le boîtier incorporé pour dispositif à semiconducteur selon la revendication 6, comprenant en 20 outre une rampe formée sur une face supérieure de ladite partie disque. 8. Le boîtier incorporé pour dispositif à semiconducteur selon la revendication 7, dans lequel ladite rampe est placée autour d'un périmètre de 25 ladite partie disque. 9. Le boîtier incorporé pour dispositif à semiconducteur selon la revendication 1, comprenant en outre un verrou de moule*, faisant saillie depuis ladite deuxième surface de ladite coupelle (30), ledit 30 corps formant tampon (60) étant mis en prise avec ledit verrou de moule. 10. Le boîtier incorporé pour dispositif à semiconducteur selon la revendication 9, dans lequel ledit SR 22975 TW/JB verrou de moule est à un niveau plus élevé que ledit dispositif à semi-conducteur (20). 11. Le boîtier incorporé pour dispositif à semiconducteur selon la revendication 1, comprenant en 5 outre une rampe pour insert, formée sur l'extérieur de ladite coupelle (30). 12. Le boîtier incorporé pour dispositif à semiconducteur selon la revendication 2 et la revendication 11, dans lequel ladite surface de 10 liaison à la matrice est à un niveau supérieur à celui de ladite rampe d'insert. 13. Le boîtier incorporé pour dispositif à semiconducteur selon la revendication 11, dans lequel ladite rampe pour insert forme un angle d'inclinaison 15 par rapport à un plan vertical, ledit angle d'inclinaison étant dans la plage entre 100 et 20 . 14. Le boîtier incorporé pour dispositif à semiconducteur selon la revendication 1, comprenant en outre une cavité formée sur une face inférieure de 20 ladite coupelle (30). 15. Le boîtier incorporé pour dispositif à semiconducteur selon la revendication 1, comprenant en outre un matériau d'isolation, appliqué en revêtement sur ledit dispositif à semi-conducteur (20). 16. Le boîtier incorporé pour dispositif à semiconducteur selon la revendication 15, dans lequel ledit matériau d'isolation est appliqué en revêtement sur une face latérale dudit dispositif à semiconducteur (20). 17. Le substrat d'un dispositif pour semiconducteur monté en boîtier, comprenant: une coupelle (30) ayant une première surface et une deuxième surface connectée à ladite première SR 22975 TW/JB surface, ladite première surface et ladite deuxième surface définissant une cavité; un étagement de montage en matrice (34) faisant saillie depuis ladite première surface et logé dans 5 ladite cavité, ledit étagement de montage en matrice (34) étant connecté à ladite deuxième face dudit dispositif à semi- conducteur (20); et une gorge (35) formée sur ladite coupelle (30) entre ladite deuxième surface et ledit étagement de 10 montage en matrice (34) et mise en communication avec ladite cavité. 18. Le substrat d'un dispositif pour semiconducteur monté en boîtier selon la revendication 17, dans lequel ledit étagement de montage en matrice (34) 15 comporte une surface de liaison à la matrice. 19. Le substrat d'un dispositif pour semiconducteur monté en boîtier selon la revendication 17, comprenant en outre une lèvre faisant saillie depuis ledit étagement de montage en matrice (34). 20. Le substrat d'un dispositif pour semiconducteur monté en boîtier selon la revendication 19, dans lequel ledit étagement de montage en matrice (34) comporte une surface de liaison à la matrice, et ladite lèvre est placée autour d'un périmètre de 25 ladite surface de liaison à la matrice. 21. Le substrat d'un dispositif pour semiconducteur monté en boîtier selon la revendication 17, comprenant en outre un verrou de moule faisant saillie depuis ladite deuxième surface de ladite coupelle 30 (30). 22. Le substrat d'un dispositif pour semiconducteur monté en boîtier selon la revendication 17, SR 22975 TW/JB comprenant en outre une rampe pour insert, formée sur l'extérieur de ladite coupelle (30). 23. Le substrat d'un dispositif pour semiconducteur monté en boîtier selon la revendication 22, 5 dans lequel ladite rampe pour insert forme un angle d'inclinaison par rapport à un plan vertical, ledit angle d'inclinaison étant dans la plage comprise entre et 200. 24. Le substrat d'un dispositif pour semi10 conducteur monté en boîtier selon la revendication 22, dans lequel ladite surface de liaison à la matrice est à un niveau supérieur à celui de ladite rampe pour insert. 25. Le substrat d'un dispositif pour semi15 conducteur monté en boîtier selon la revendication 17, comprenant en outre une cavité formée sur une face inférieure de ladite coupelle (30).