FR2495376A1 - Boitiers pour composants semiconducteurs de puissance a cosses de type faston - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un boîtier pour composants semiconducteurs de puissance à cosses de type Faston. Dans ce boîtier, des composants semiconducteurs 6, 7 sont posés sur un répartiteur thermique 5, reposant sur une plaque thermiquement conductrice et électriquement isolante 4 elle-même disposée sur une embase métallique 1. Des plaquettes métalliques 11 à 14 se prolongeant par des cosses 15 à 18 reposent sur des barrettes isolantes 9 et 10. Le raccord entre des bornes choisies des composants semiconducteurs et les plaquettes conductrices 11 à 14 se fait par des fils soudés 21 à 23. Application au montage de transistors, de ponts de diodes de thyristors, de circuits hybrides, etc. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

BOITIERS POUR COMPOSANTS SEICODUCTEUS
DE PUISSA#JCE A COSSES DE TYPE FASTE
La présente invention concerne un boîtier pour composants semiconducteurs de puissance à cosses de type
Faston.
Il existe actuellement divers types de boitiers à cosses Faston, c'est-à-dire à cosses plates embrochables. Ces cosses répondent à des normes préétablies en ce qui concerne leurs dimensions linéaires et leur épaisseur.
Un objet de la présente invention est de réaliser un tel boîtier qui permette un processus de montage particulièrement simple, une grande versatilité (c'est-à-dire qui permette de monter divers type de composants semiconducteurs), et un isolement des composants semiconducteurs par rapport à une embase métallique.
Pour atteindre ces divers objets, l'une des idées mai tresses a consisté à séparer autant que faire se pouvait les diverses fonctions réalisées par chacun des éléments de ce boitier. En effet, la demanderesse a réalisé que dans de nombreux boîtiers classiques, on demandait à de mêmes éléments d'un boîtier de réaliser des fonctions distinctes et souvent incompatibles. Par exemple, on trouve souvent dans la technique des boîtiers à cosses Faston dans lesquels une même plaquette isolante sert à l'isolement des composants semiconducteurs par rapport à l'embase et à l'isolement des cosses. On trouve également des dispositifs dans lesquels une plaque métallique, dont une extrémité saillante sert de cosse
Faston, se prolonge pour supporter la face arrière d'un composant semiconducteur.Dans ce cas, étant donné que les cosses Faston ont des épaisseurs normalisées, il est difficile que cette épaisseur soit strictement compatible avec les nécessités d'évacuation thermique souhaitée pour les plaquettes répartitrices thermiques sur lesquelles sont disposés les composants semiconducteurs.
Ainsi, la présente invention vise un boîtier pour composants semiconducteurs de puissance à cosses de type Faston comprenant une embase métallique sur laquelle sont disposés des composants semiconducteurs. Le long des deux côtés de l'embase sont disposées des barrettes isolantes sur lesquelles reposent des plaquettes métalliques dont sont solidaires des prolongements en saillie qui correspondent par leur forme à des cosses Faston de type choisi, ces prolongements étant repliés orthogonalement a la surface principale de l'embase et maintenus dans les fentes d'un capot plastique rempli d'une substance plastique durcie. Des bornes souhaitées des composants semiconducteurs sont connectées par des raccords conducteurs aux plaquettes conductrices. Ces raccords conducteurs peuvent être des fils fixés par soudage d'une part aux plaquettes d'autre part aux composants.
Dans un mode de réalisation de l'invention, une plaque isolante électriquement et conductrice thermiquement est disposée du côté de l'embase et est surmontée d'une plaque conductrice, dimensionnée pour servir de répartiteur thermique, sur laquelle sont fixés les composants semiconducteurs. La plaque isolante électriquement et conductrice thermiquement peut être une plaque d'alumine.
Lors du montage, les barrettes isolantes peuvent être solidarisées par tout moyen de l'embase métallique. On pourra par exemple prévoir des picots en saillie sur la face supérieure de la base métallique, formés par exem ple par emboutissage, et des alésages dans les barrettes isolantes susceptibles de venir coopérer avec ces picots pour assurer une fixation au moins provisoire. Une fixation plus définitive est assurée ou bien par collage ou bien simplement par la résine ou autre matière plastique d'encapsulation utilisée dans une phase ultérieure.
Ces caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles
- la figure 1 représente une vue en perspective cavalière des divers éléments d'un boîtier selon l'invention avant encapsulation;
- la figure 2 représente une grille de connexion utilisée pour un boîtier selon l'invention;
- la figure 3 représente une vue en perspective cavalière d'un boîtier selon la présente invention après encapsulation.
La figure 1 représente une vue en perspective de composants semiconducteurs montés dans un boîtier selon la présente invention lors d'une des étapes intermédiaires du montage avant encapsulation. Le boîtier comprend une embase 1 en un métal bon conducteur thermique, par exemple du cuivre revêtu d'une couche métallique propre à faciliter les soudures. Cette embase comprend des alésages 2 et 3 destinés notamment à permettre sa fixation simple contre un radiateur.Sur l'embase est disposée une plaque 4 d'un matériau isolant électriquement et aussi bon conducteur thermique que possible, par exemple de l'alumine métallisée sur ses deux faces prin cipayes. Sur la plaque isolante électriquement 4 est disposée une plaque 5 d'un matériau très bon conducteur thermique qui sera généralement conducteur électrique, par exemple une plaque de cuivre revêtue d'un matériau propre à faciliter les soudures. Sur la plaque 5 sont disposés un ou plusieurs composants semiconducteurs 6 et 7 sous forme de puces nues à faces métallisées. Pour simplifier la description, on considérera que ces composants semiconducteurs sont des transistors dont la face au contact avec la plaque conductrice 5 correspond au collecteur et dont la face supérieure comprend une borne de base et une borne d'émetteur.Les bornes de collec teurs sont donc interconnectées par la plaque métallique 5. Cette plaque métallique sert également de répartiteur thermique et son épaisseur sera choisie pour optimiser la dissipation thermique vers la plaque isolante les- triquement 4, l'embase 1 et le radiateur sur lequel est monté cette embase. On notera que, dans chaque cas particulier et en fonction de la dissipation thermique pré- vue des composants, un compromis est à choisir pour Sa valeur de cette épaisseur de façon à minimiser esper- tes dans cette plaque conductrice tout en assurant une bonne répartition thermique en surface.
D'autre part, le boîtier comprend des barrettes isolantes 8 et 9 parallèles à la grande longueur des plaques 4 et 5 et reposant sur l'embase 1. Ces barrettes peuvent être positionnées et maintenues sur l'embase 1 par tout moyen approprié, par exemple par collage. Comme le représente la figure, on pourra prévoir des pi#nts 10 formés dans l'embase par emboutissage et faisant saillie par rapport à celle-ci pour venir coopérer avec es sages formés dans les barrettes de façon à les position- ner convenablement. Ces barrettes sont choisies d'une hauteur suffisante pour permettre un isolement satisfai- sant par rapport à des plaquettes de reprise de con nexion.Ces plaquettes, au nombre de quatre dans le mode de réalisation illustré, et désignées par les références il, 12, 13 et 14, comprennent une partie reposant sur les barrettes et une partie en débordement 15a 16, 17 et 18 conformée en épaisseur et en dimensions latérales se- t lon des dimensions normalisées pour des cosses Faston.
Des raccords conducteurs, par exemple des fils soudés 19 à 23, permettent d'établir des connexions entre des Dcr- nes choisies des composants semiconducteurs 6 et 7 et les plaquettes métalliques il a 14. Par exemple, le fil 19 relie la base du composant G a la plaquette 16; les fils 20 et 21 relient les émetteurs des transistors 6 et 7 à la plaquette 11; le fil 23 relie la base du transis- tor 7 à la plaquette 13; et des fils 22 relient la plaque conductrice 5, c'est-à-dire les collecteurs des transistors 6 et 7, à la plaquette 14.Au lieu de fils, on pourrait prévoir des barrettes métalliques préformées pour établir ces connexions, notamment dans le cas où les contacts sont repris sur les composants semiconduc- teurs par des billes.
Parmi les avantages du montage illustré en figure 1, on notera sa grande souplesse. En effet, divers types de composants semiconducteurs et des nombres plus ou moins grands de composants peuvent être disposés sur des boîtiers de même type. Un autre avantage réside dans le fait que la plaque d'alumine doit être aussi mince que possible tout en assurant un bon isolement et présenter des dimensions longitudinales aussi faibles que possible. En effet ltalumine a un mauvais accord de dilatation thermique avec le cuivre. Le fait de reporter les connexions sur des barrettes distinctes de la plaque isolante 4 permet cette minimisation des dimensions.On notera également que le boîtier précédent a été décrit avec les plaques d'alumine 4 et de répartition thermique 5 mais que ces plaques peuvent être suprimées dans le cas où l'on ne cherche pas à faire un montage à collecteur isolé. Alors les composants semiconducteurs sont montés directement sur l'embase.
On notera d'autre part, que dans la figure les diverses dimensions relatives des divers éléments n'ont pas été représentées à l'échelle pour faciliter la lisibilité. A titre d'exemple, dans un mode de réalisation particulier de transistor, la demanderesse a choisi les dimensions suivantes
épaisseur de l'embase 1 : 2mm,
épaisseur de la plaque d'alumine 4 : 0,6mm,
épaisseur de la plaque répartitrice 5 : lmm,
épaisseur (normalisée) des cosses : 0,8mm,
épaisseur des barrettes isolantes : 1 à 3mm.
Les étapes d'achévement du boîtier illustré en figure 1 comprennent les étapes consistant à recourber sensiblement orthogonalement à la plaque de base les cosses Faston 15 à 18 par rapport aux plaquettes 11 à 14, puis à disposer un capot au-dessus de l'ensemble, ce capot comprenant des fentes pour laisser passer et maintenir les cosses. Enfin, une matière plastique de moulage est insérée par un orifice prévu dans le capot dans le but d'assurer la passivation des composants semiconducteurs et d'assurer la rigidité de l'ensemble.On notera à ce propos un autre avantage de la présente invention par rapport aux dispositifs dans lesquels les composants semiconducteurs sont fixés sur une partie en prolongement des plaquettes métalliques comprenant un débordement en saillie constituant les cosses Faston à savoir que, dans cette réalisation parfois utilisée dans l'art antérieur, si un effort important est exercé sur l'une des cosses, il peut se produire un décollement des plaquettes métalliques par rapport aux parties sous-jacentes ou des composants semiconducteurs par rapport aux plaquettes d'où il résulte que la conduction thermique n'est plus convenablement assurée.Selon la présente invention, étant donné qu'il n'y a pas contact direct entre les plaquettes et les composants et que ces plaquettes n'ont pas de rôle thermique, un tel effort peut tout au plus assurer le désoudage des fils de connexion 19 à 23 et encore cet accident est-il peu probable étant donné la souplesse de ces liaisons.
La figure 2 représente un mode de réalisation de grille de connexion utilisée pour la mise en place des plaquettes conductrices 11 à 14 et des cosses 15 à 18 qui les prolongent. Ces quatre plaquettes font partie d'un tout solidaire d'un cadre 30. Ce cadre comprend des alésages 32 et 33 respectivement destinés à venir s aligner avec les alésages 2 et 3 de l'embase 1 de la figure 1 de façon à positionner convenablement les di verses plaquettes par rapport à cette embase et aux barrettes isolantes 8 et 9. Dans cette figure, que l'on considérera comme faisant partie de la présente description, des formes particulières d'un mode de réalisation des diverses plaquettes et cosses ont été représentées en détail. On notera notamment au niveau de chacune des cosses une lumière 33 ménagée dans la zone prévue pour le pliage de façon à faciliter celui-ci. Des rainures 34 formées par estampage sont également destinées à favoriser le pliage. Une fois ce cadre en place et les plaquettes 11 à 14 collées sur les barrettes isolantes 8 et 9, ces plaquettes sont séparées du cadre au niveau de lignes d'affaiblissement prévues initialement désignées par la référence 35.
La figure 3 représente un boîtier selon la présente invention achevé. On y distingue l'embase 1 munie des alésages 2 et 3, et les cosses Faston 15 à 18 qui émergent de fentes prévues dans un capot 40, ce capot 40 étant muni d'une ouverture 41 permettant d'y injecter une substance de moulage comme cela a été exposé précédemment.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits; au contraire elle en englobe les diverses variantes et généralisations incluses dans le domaine des revendications ci-après.

Claims (5)

RVEDICATIOS
1. Boîtier pour composants semiconducteurs de puissance à cosses de type Faston comprenant une embase métallique (1) sur laquelle sont disposés des composants semiconducteurs (6,7), caractérisé en ce que, le long des deux côtés de l'embase, sont disposées des barrettes isolantes (8,9) sur lesquelles reposent des plaquettes métalliques (11 à 14) dont sont solidaires des prolongements en saillie (15 à 18) qui correspondent par leur forme à des cosses Faston de type choisi, ces prolongements étant repliés orthogonalement à la surface principale de l'embase et étant maintenus dans des fentes d'un capot plastique rempli d'une substance plastique durcie, des bornes souhaitées des composants étant connectées par des raccords conducteurs aux plaquettes correspon dantes.
2. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que les raccords conducteurs sont des fils soudés (19 à 23).
3. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que, entre les composants et l'embase, sont prévues: une plaque isolante électriquement et conductrice thermiquement (4) du côté de l'embase et une plaque conductrice (5) dimensionnée pour servir de répartiteur thermique.
4. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque isolante électriquement et conductrice thermiquement est en alumine.
5. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que les barrettes isolantes sont solidarisées de l'embase par des picots (10) faisant saillie de celle-ci coopérant avec des alésages dans les barrettes.
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