FR2487580A1 - Dispositif semiconducteur a enrobage isolant comportant un dissipateur de chaleur apparent, et son procede de fabrication - Google Patents

Dispositif semiconducteur a enrobage isolant comportant un dissipateur de chaleur apparent, et son procede de fabrication Download PDF

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Abstract

PROCEDE PERMETTANT DE REALISER UN GRAND NOMBRE DE CES DISPOSITIFS ET DE LES LAISSER ATTACHES A UN RUBAN UNIQUE JUSQU'AUX OPERATIONS DE FABRICATION FINALES QUI COMPRENNENT LES ESSAIS ELECTRIQUES, LE MARQUAGE ET LE DEVERMINAGE. LE RUBAN UNIQUE 11 PERMET EN OUTRE DE FORMER AUSSI BIEN LE DISSIPATEUR DE CHALEUR 13 QUE LES CONDUCTEURS DE CONNEXION 12 DES DISPOSITIFS. LE DISSIPATEUR 13 RESTE ATTACHE AUX BORDS LONGITUDINAUX DU RUBAN 11 PAR DEUX LANGUETTES 18, 19 SE DIVISANT CHACUNE EN DEUX BRANCHES LAMELLAIRES QUI JOIGNENT RESPECTIVEMENT DES BORDS OPPOSES DU DISSIPATEUR. CES BRANCHES SONT CAMBREES POUR AMENER LE DISSIPATEUR DANS UN PLAN PARALLELE AU RUBAN, CE QUI PERMET D'ENROBER PAR DE LA RESINE ISOLANTE 25 L'ENSEMBLE DU DISPOSITIF EN GARDANT LA FACE EXTERNE 27 DU DISSIPATEUR NUE. APPLICABLE A DES CARTES ELECTRIQUES COMPORTANT UN DRAIN THERMIQUE.

Description

La présente invention concerne un dispositif semiconducteur a enrobage isolant comportant un dissipateur de chaleur apparent et des conducteurs de connexion disposés par rangées. Elle concerne également un procédé permettant de réaliser un grand nombre de ces dispositifs attachés à un même support.
On connaît des dispositifs semiconducteurs a dissipateur apparent fabriqués suivant un procédé dans lequel un ruban métallique est découpé pour former le dissipateur de chaleur et un autre ruban métallique est découpé pour former des conducteurs de connexion qui restent reliés provisoirement a ce ruban. Un élément semiconducteur est alors soudé au dissipateur et ses bornes sont reliées électriquement aux conducteurs de connexion. L'ensemble d'un tel dispositif est protégé efficacement par un enrobage avec une résine isolante et il se présente généralement sous forme d'un boîtier ou bloc de forme normalisée où les conducteurs de connexion sortent par deux faces opposées du bottier ou bloc.
Dans ce procédé on fait appel a deux rubans métalliques, l'un pour réaliser le dissipateur, et l'autre pour réaliser les conducteurs de connexion.
Un but de la présente invention est de simplifier la réalisation d'un tel dispositif a dissipateur de chaleur en n'utilisant plus qu'un seul ruban pour fabriquer le dissipateur de chaleur et les conducteurs de connexion.
L'invention a encore comme but la réalisation d'un dispositif semiconducteur enrobé se présentant sous forme d'un bloc isolant qui est plat et carré, et dont les conducteurs de connexion sortent par rangées sur les quatre faces latérales du bloc.
Un autre but de l'invention est de réaliser des conducteurs de connexion électriques supplémentaires provenant directement du dissipateur de chaleur et qui se présentent sous une forme analogue aux autres conducteurs de connexion qui sont reliés au dispositif semiconducteur enrobé.
Tous ces buts sont atteints dans un dispositif semiconducteur à enrobage isolant, comprenant un dissipateur de chaleur apparent sur une face de l'enrobage, des conducteurs de connexion externes disposés par rangées, le dissipateur de chaleur étant isolé de ces conducteurs par l'enrobage, un élément semiconducteur au contact de la face interne du dissipateur et relié par des moyens de connexion internes aux conducteurs de connexion externes, le dissipateur de chaleur étant prolongé sur au moins deux de ses bords opposés chaque fois par deux branches lamellaires venant de deux languettes de liaison dont les extrémités sortent de l'enrobage et servent de moyens de connexion éventuels au dissipateur de chaleur.
L'invention a également pour but un procédé de fabricatioti du dispositif semiconducteur précédent qui comprend au moins les opérations successives suivantes - on découpe chimiquement ou mécaniquement dans un ruban métallique
plat des grilles de connexion successives comprenant : au centre
un dissipateur de chaleur en forme de plaquette carrée, deux
languettes de liaison,venant respectivement des deux bords longi
tudinaux du ruban, et qui sont perpendiculaires au milieu de deux
bords opposés du dissipateur,et se divisent chacune en deux
branches lamellaires dont les extrémités sont des prolongements
des deux bords opposés du dissipateur de chaleur.
- en découpe également de part et d'autre des languettes de liaison
des conducteurs de connexion en forme de languette, en nombre égal,
orientés face à deux bords opposés du dissipateur, ainsi que
d'autres conducteurs de connexion en forme de languette, orientés
face aux deux autres bords du dissipateur de chaleur.
- on cambre les branches lamellaires de façon a décaler le dissipateur
de chaleur dans un plan qui est parallele au plan des conducteurs
de connexion.
Les objets et caractéristiques de la présente invention apparat- tront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins ci-annexés dans lequel : - la figure 1 représente une vue en plan d'un ruban a grille de
connexion et dissipateur de chaleur découpés au cours d'une
étape du procédé de fabrication selon l'invention; - la figure 2 représente des étapes de cambrage,et d'assemblage du
dissipateur de chaleur avec un élément semiconducteur.
- la figure 3 représente une vue en perpective d'un dispositif
semiconducteur sur ruban apres l'étape de moulage par une résine
isolante; - la figure 4 représente une vue en plan d'un dispositif semiconduc
teur apres sa séparation du - la figure 5 représente une vue d'une coupe transversale du dispo
sitif semiconducteur montré par la figure 4.
La grille de connexion 10 montrée par la figure 1 comporte des conducteurs 12 plats formés par une découpe mécanique ou chimique d'un ruban il métallique épais, par exemple de 0,127 nia. Ce ruban est revêtu d'une couche de nickel doré sur ses deux faces. Le matériau du ruban doit posséder un coefficient d'allongement thermique qui est compatible avec celui de la résine isolante utilisée pour assurer par la suite la protection du dispositif semiconducteur. Les conducteurs 12 ainsi découpés servent a fabriquer ultérieurement des conducteurs de connexion externes du dispositif recherché.
A titre indicatif cette grille de connexion 10 permet d'équiper le dispositif avec 24 conducteurs de connexion externes 12, les intervalles entre conducteurs 12 étant de préférence égaux. On pourrait d'ailleurs augmenter ou diminuer ce nombre de conducteurs, par exemple avoir 16, ou 32, ou 64 conducteurs 12 sans que cela change les principes de la présente invention. Le ruban 11 est préparé d'avance en y découpant des grilles de connexions 10 succes sivesen nombre souhaité.
A ce stade de la grille, ces conducteurs 12 ne sont pas encore isolés entre eux. Leurs extrémités internes 12a, qui seront par la suite enrobées de résine isolante, sont orientées perpendiculairement aux quatre bords 14, 15, 16, 17 d'un dissipateur de chaleur 13 découpé également au centre du ruban 11 entre les extrémités 12a.
Dans ce cas on a découpé 2 fois 6 extrémités internes 12a de conducteurs de connexion 12 qui font face respectivement a deux bords 14, 15 opposés, et 6 autres extrémités 12a qui font face respectivement a deux bords opposés 16, 17, qui sont perpendiculaires aux précédents bords 14, 15.
Ce dissipateur 13 est découpé en forme de plaquette carrée et de façon a être prolongé sur deux bords 16, 17 opposés chaque fois par deux branches lamellaires,respectivement 18a, 18b,et 19a, 19b, provenant de deux languettes 18, 19 de liaison joignant l'une le bord longitudinal lia du ruban -et l'autre le bord longitudinal llb.
On peut voir sur la figure 1 que les deux branches de chaque languette et les languettes elles-m#rnes sont disposées svmétrique- ment par rapport a une médiane AB du dissipateur de chaleur 13.
La séparation en deux branches des deux languettes 18 et 19 a comme résultat que les zones d'attaches au dissipateurî3ne seront pas soumises à des contraintes mécaniques qui déformeraient le dissipateur au moment du cambrage comme cela aurait été le cas si les languettes 18, 19 venaient directement du dissipateur.
Dans l'étape suivante montrée par la figure 2, on cambre les branches lamellaires 18a, 18b et J9a, 19b simultanément de façon à décaler le dissipateur dans un plan parallele aux conducteurs de connexion 12.
Ce décalage est rendu nécessaire pour qu'apres l'enrobage final du dispositif une face externe 27 du dissipateur 13 soit apparente et pour que les conducteurs de connexion 12 sortent au milieu de la hauteur des faces latérales d'un bloc 25 d'enrobage plat et carré.
Dans un exemple de réalisation préféré du dispositif l'écart prévu entre le plan du dissipateur 13 et le plan parallele des conducteurs 12 et des languettes 18, 19 est de l'ordre de O,7nnn pour un dissipateur carré de 4iman de côté.
Après le cambrage précédent, l'on soude ou éventuellement l'on colle selon la technique désirée un élément semiconducteur 20, par exemple un circuit intégré, sur la face du dissipateur 13 tournée du côté des conducteurs 12 et des languettes 18, 19.
Ensuite ce circuit est raccordé par des fils de connexion 21 très minces aux extrémités 12a des conducteurs 12 proches du dissipateur 13.
L'étape suivante consiste à protèger par un enrobage de résine isolante le circuit 20 monté sur le dissipateur de chaleur 13.
La figure 3 représente un bloc 25 de résine assurant cette protection. De préférence l'enrobage s'effectue par injection de résine thermodurcissable dans un moule (non représenté) en utili sant une méthode connue en soi, par exemple au moyen de moules en deux parties placées contre chaque face du ruban 11 et enfermant chaque fois un circuit 20 et les extrémités internes 12a des conducteurs 12.
On procède de façon que les deux moitiés de moule couvrent les deux faces du dissipateur 13 jusqu a une limite 26 indiquée par des traits pointillés sur la figure 1. Cette limite 26 doit autre parallèle aux quatre bords 14, 15, 16 et 17 du dissipateur 13 carré et passer devant des barrettes de liaison 28 reliant transversalement entre eux les conducteurs 12 qui entourent le dissipateur 13.
Pour qu'une face 27 du dissipateur reste nue après le moulage on la dispose contre une paroi à l'intérieur d'une moitié de moule de manière qu'après sa fermeture une pression suffisante soit exercée sur cette face 27 empêchant que de la résine ne s'introduise entre la paroi du moule et cette face 27.
D'autre part après fermeture les bords des deux moitiés de moule sont appliqués en partie sur les conducteursl2a etîcalanguettes 18 et 19 ; par conséquent de la résine remplira des cavités 24 comprises entre les barrettes de liaison 28 des conducteurs 12a et des bords parallèles de conducteurs 12 voisins.
L'épaisseur du ruban 11 sur le pourtour interne des cavités 24 forme alors une barrière d'arrêt pour la résine sortant entre les deux moitiés du moule.
Au stade suivant du procédé on sépare les conducteurs 12 du reste du ruban il par un sectionnement de leurs extrémités 29 et on cambre aussitôt ces dernières de façon qu'elles se trouvent ensuite dans le même plan que la face externe 27 du dissipateur 13 qui est restée nue après le moulage (figure 3).
Après cette dernière opération les dispositifs successifs ne sont plus attachés au reste du ruban 11 que par les languettes de liaison 18, 19. Puisque les conducteurs de connexion 12 sont maintenant isolés entre eux, chaque dispositif semiconducteur peut être soumis successivement à des essais électriques pour vérifier ses carat.L#ristiques électriques Le maintien sur ruban du dispositif permet de cette manière d'automatiser les opérations suivantes: essais alectriques, marquage, déverminage des éléments semiconducteurs enrobés.
Fin:iJ#ment on sectionne et on cambre les languettes de liaison 18, 19 a la même longueur et leurs extrémités au même profil que les condtseteUrS de connexion 12, ce qui détache chaque dispositif examiné du ruban 11. On obtient alors le dispositif qui est représenté par les figures 4 et 5.
Celui-ci peut ensuite être soudé ou collé par sa face apparente 27 à un drain thermique d'une carte de circuit électrique. On peut également le connecter à un radiateur par soudure à l'envers, la face externe 27 et le radiateur n'étant plus en contact de la carte. Dans ce cas il faudrait inverser le sens du coudage des extrémités des conducteurs de connexion 12 pour les fixer au circuit électrique de la carte.

Claims (9)

REVENDICATIONS
1. Dispositif semiconducteur à enrobage isolant, comprenant un dissipateur de chaleur (13) apparent sur une face de l'enrobage, des conducteurs de connexion externes disposés par rangées, le dissipateur de chaleur étant isolé de ces conducteurs par l'enro- bage, un élément semiconducteur au contact de la face interne du dissipateur (13) relié par des moyens de connexion (21) internes aux conducteurs de connexion (12) externes, caractérisé en ce que le dissipateur de chaleur (13) est prolongé sur aux moins deux (16, 17) de ses bords chaque fois par deux branches lamellaires (18a, 18b, 19a, 19b) de deux languettes (18, 19) dont les extrémités sortent de l'enrobage et peuvent servir de moyens de connexion électrique du dissipateur de chaleur (13).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rangées de conducteurs de connexion (12) sont présents en nombre égal et dans un méme plan sur quatre faces latérales d'un enrobage se présentant sous la forme d'un bloc plat et carré, les deux languettes (18, 19) étant disposées au milieu de deux rangées de conducteurs (12) sortant de deux faces latérales opposées.
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dissipateur de chaleur (13) est
une plaquette carrée, et en ce que deux (18a, 18b) des branches lamellaires viennent d'un bord (16) du dissipateur et les deux autres (19a, 19b) branches lamellaires d'un bord opposé (17).
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que le dissipateur est décalé dans un plan parallèle au plan des conducteurs de connexion (12) externes par un nombre égal de branches lamellaires (18a, 18b, 19a, 19b) cambrées.
5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que un nombre égal de conducteurs de connexion est choisi parmi les nombres 4, 8 et 16.
6. Procéde de fabrication d'un dispositif semiconducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il comprend au moins les opérations successives suivantes - on découpe chimiquement ou mécaniquement dans un ruban métallique
(11) des grilles de connexion (10) successives comprenant : au
centre un dissipateur de chaleur (13) en forme de plaquette carrée,
deux languettes de liaison (18, 19), venant respectivement de deux
bords longitudinaux (lita, 11b) du ruban (11), et qui sont perpen
diculaires au milieu de deux bords (16, 17) opposés du dissipateur
(13),et se divisant en deux branches lamellaires (18a, 18b, et 19a
19b) dont les extrémités sont des prolongements des deux bords
(16, 17) opposés du dissipateur de chaleur (13);; - on découpe de part et d'autre des languettes de liaison (18,19)
des conducteurs de connexion (12) en forme de languette, en nombre
égal, et orientés face aux deux bords (16, 17) opposésdu dissi
pateur (13),ainsi que d'autres conducteurs de connexion (12) en
forme de languette, orientés face aux deux autres bords (14, 15)
du dissipateur (13); - on cambre les branches lamellaires (18a, 18b et 19a, 19b) de
façon à décaler le dissipateur de chaleur (13) dans un plan qui
est parallèle au plan des conducteurs de connexion (12).
7. Procédé de fabrication selon la revendication 6, caractérisé en cela'il comprend en outre les étapes successives suivantes : - on fixe par collage ou soudure un élément semiconducteur (20) sur
une face du dissipateur (13) tournée vers les conducteurs (12) et
le relie par des fils de connexion (21) aux conducteurs de con
nexion (12) ;; - on enrobe l'élément semiconducteur (20), le dissipateur (13) et
les branches lamellaires (18a, 18b, 19a, 19b) et partiellement
les conducteurs (12) par un moulage de résine thermodurcissable,
en forme de bloc plat et carre, en appliquant l'autre face (27)
du dissipateur (13) contre une paroi du moule pour la laisser nue
de résine, et en utilisant des barrettes de liaison (28) des
conducteurs (12) ainsi que les conducteurs (12) eux-m#rnes et les
languettes (18, 19) comme barrière d'arrêt de la résine.
8. Procédé de fabrication selon la revendication 7, - caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes successives suivantes - on isole entre eux les extrémités des conducteurs (12) sortant du
bloc par sectionnement de leur attache avec les bords longitu
dinaux (fila, 11b) du ruban (11) et des barrettes de liaison (28); - on cambre les extrémités (29) des conducteurs (12) pour les amener
dans le plan de la face externe (27) nue du dissipateur de
chaleur (13).
9. Procédé de fabrication selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes successives suivantes - on effectue simultanément sur plusieurs dispositifs précédents
enrobés et attachés au ruban (11) par les languettes de liaison
(18, 19) les opérations suivantes : essais électriques, marquage
et déverminage ; - on sectionne et cambre les languettes de liaison (18, 19) à la
même longueur et au même profil que les extrémités des conducteurs
de connexion (12) et de façon à détacher du ruban chacun des
dispositifs précédents.
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