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silicon
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Generic
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METAL
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Etre
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Est A
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Physical
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50 mm
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500 microns
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1 centimetre
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2517471A1
Family ID 5175141
Probable Assignee Silicium Semiconducteur Ssc
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title MONTAGE EN BOITIER PRESSE DE COMPOSANTS DE PUISSANCE A
STRUCTURE D'ELECTRODES RAMIFIEE
Abstract
_________________________________________________________________
SELON CE MONTAGE, ENTRE UNE GRILLE DE molybdenum 13 DEPOSEE SUR UN
COMPOSANT DE PUISSANCE A SEMICONDUCTEUR 20, ET UN BLOC DE METAL
CONDUCTEUR THERMIQUE 22, EST DEPOSEE UNE FEUILLE DE molybdenum 30. CE
MONTAGE PERMET D'AMELIORER LA RESISTANCE AUX CYCLAGES THERMIQUES DES
MONTAGES DE THYRISTORS ET TRANSISTORS DE PUISSANCE A ELECTRODES
RAMIFIEES.
Description
_________________________________________________________________
MONTAGE EN BOITIER PRESSE DE COMPOSANTS DE PUISSANCE
A STRUCTURE D'ELECTRODES RA 4 IFIEE.
La presente invention concerne le montage en bottier presse de
composants de puissance tels que des transistors, des thyristors de
divers types, des triacs, etc De facon classique, et essentiellement
en ce qui concerne les thyristors, les composants de puissance sont
montes en bottier presse: la tranche semiconductrice, couramment du
silicon, constituant le composant de puissance est disposee entre deux
electrodes conductrices de l'electricite et de la chaleur, par exemple
en copper, sans soudure; et une pression est appliquee par
l'intermediaire de ces blocs de copper contre le composant
semiconducteur pour assurer la conduction electrique avec les
electrodes presentes sur chacune des faces du composant et per- mettre
une bonne dissipation thermique Generalement, l'une des faces du
composant semiconducteur ne comporte qu'une electrode (le collecteur
d'un transistor ou l'anode d'un thyristor) et est uniformement
metallisee Contre cette face est generalement alliee ou brasee une
contre-electrode intermediaire en un materiau de coefficient de
dilatation proche de celui du silicon, par exemple du molybdenum ou du
tungsten L'autre face du composant, dans le cas d'un thyristor,
comprend les electrodes de gachette et de cathode, la metallisation de
gachette etant de petite dimension par rapport a celle de cathode Une
contre-electrode, egalement en molybdenum ou tungsten, peut aussi etre
appliquee contre cette face superieure en laissant un passage pour
acceder a la gachette.
Ainsi, des montages presses ont donne dans l'art ante- rieur des
resultats tres satisfaisants quand l'electrode de face superieure
avait une surface relativement importante Recemment, l'on est de plus
en plus tente d'utiliser des montages presses pour des composants a
semiconducteurs, par exemple transistors ou thyristors sensibles ou
thyristors a ouverture par la gachette, dans lesquels, sur une face du
dispositif, une electrode de puis- sance a une forme ramifiee
interdigitee avec une electrode de commande En ce cas, on pose sur
l'electrode de puissance ramifiee et eventuellement sur l'electrode de
commande ramifiee de facon complementaire, une grille en un metal de
coefficient de dilata- tion compatible avec celui du semiconducteur,
par exemple du molybdenum ou du tungsten, et le bloc de copper
habituel est place sur cet ensemble Neanmoins, dans la pratique, il
s'est avere que de tels dispositifs presentaient une mauvaise duree de
vie et une mauvaise resistance a des cyclages thermiques.
Un objet de la presente invention est d'ameliorer cet etat de choses
et de prevoir un montage en bottier presse de com- posants de
puissance a structure d'electrodes ramifiee permettant une bonne
resistance a des cyclages thermiques.
Pour atteindre cet objet ainsi que d'autres, la presente invention
prevoit un montage en bottier presse de composants de puissance a
structure d'electrodes ramifiee dans lequel le compo- sant de
puissance est presse entre des blocs d'un metal bon con- ducteur
thermique, au moins une grille d'un metal de coefficient de dilatation
adapte a celui du semiconducteur constituant le com- posant etant
disposee sur la ou les electrodes ramifiees a la face superieure du
composant, et dans lequel une feuille d'un metal de coefficient de
dilatation adapte a celui du semiconducteur est disposee entre la ou
les grilles ramifiees et le bloc de metal superieur Si le composant
semiconducteur est a base de silicon, les metals a coefficient de
dilatation adapte pourront etre du molybdenum ou du tungsten Le metal
bon conducteur thermique pourra etre du copper.
La presente invention s'applique notamment aux transis- tors de
puissance, thyristors, triacs, thyristors ouvrables par la gachette,
thyristors a ouverture assistee par la gachette, etc Ces objets,
caracteristiques et avantages ainsi que d'autres de la presente
invention seront illustres plus en detail dans la description suivante
d'un mode de realisation particulier faite en relation avec les
figures jointes parmi lesquelles: les figures 1 et 2 representent
respectivement une vue de dessus et une vue en coupe partielle d'un
composant semiconduc- teur de puissance et de son montage en bottier
presse, les figures 3 et 4 representent les modifications selon la
presente invention a la structure de la figure 2.
La figure 1 represente une vue de dessus d'un composant de puissance,
par exemple un transistor de puissance dont la face inferieure (non
visible) comporte une metallisation de collecteur uniforme, et dont la
face superieure comprend deux metallisations ramifiees et
interdigitees de facon complementaire: une metalli- sation d'emetteur
il et une metallisation de base 12 Sur la me- tallisation d'emetteur
est posee une grille de molybdenum 13 et eventuellement une grille
complementaire interdigitee est posee sur la metallisation de base, la
partie superieure de cette grille complementaire de base servant de
contre-electrode etant recouver- te d'une substance isolante pour
qu'il n'y ait pas court-circuit entre emetteur et base lors de l'appui
ulterieur de la piece con- ductrice thermique et electrique contre
laquelle va etre pressee cette face superieure.
La figure 2 represente une vue en coupe partielle tres agrandie d'une
portion du composant de puissance de la figure 1 monte de facon
classique en montage presse Dans cette figure, comme d'ailleurs dans
les autres figures, conformement a l'usage dans le domaine des
semiconducteurs, aucune echelle n'est respec- tee, les epaisseurs et
les largeurs des differents elements etant arbitrairement dilatees ou
contractees pour simplifier la lisibilite.
On peut voir dans cette figure 2 la tranche semiconduc- trice 20
recouverte, sur sa face inferieure, d'une metallisation 21 de
collecteur et, sur sa face superieure, de metallisations
complementaires d'emetteur il et de base 12 Les metallisations
d'emetteur Il sont recouvertes d'une grille de molybdenum ou de
tungsten 13 de configuration correspondant a celle des metalli-
sations 11 Ensuite, le dispositif est presse entre deux blocs de
copper 22 et 23 Souvent, on preferera monter la tranche semicon-
ductrice 20, par sa face inferieure, sur une contre-electrode de
molybdenum 24 alliee ou brasee a cette pastille de silicon.
Or, il s'avere que des dispositifs classiques, tel que celui
represente en figure 2, presentent une mauvaise duree de vie en cas de
cyclages thermiques repetes De l'avis de la deman- deresse, ceci est
du au fait que, a la suite de la pression appliquee contre la grille
de molybdenum 13 par le bloc de copper 22, la grille tend a
s'encastrer dans le bloc de copper Il en resulte plusieurs
inconvenients D'une part, la pression est suf- fisamment forte pour
que le copper depasse sa limite elastique et la pression appliquee
contre le composant n'est plus constante et n'est plus celle que l'on
avait choisie initialement D'autre part, lors de dilatations
thermiques du copper, celui-ci entraine en raison de l'effet
d'encastrement les doigts de la grille et tend a faire glisser ces
doigts contre la surface de la pastille semiconductrice et, ainsi, a
detruire des metallisations intermediaires, couramment des
metallisations d'aluminium.
Pour pallier ces inconvenients, la demanderesse propose, comme cela
est illustre en figure 3, d'inserer une feuille de molybdenum 30 entre
la grille 13 servant de contre-electrode et le globe superieur 22
Ainsi, il n'y a plus d'encastrement de la grille et le glissement
eventuel se fait entre la feuille de molybdenum 30 et le copper 22
lors de dilatations laterales eventuelles de ce bloc de copper A titre
de variante de la presente invention, la grille 13 et la feuille 30
peuvent etre constituees a partir d'une plaque de molybdenum unique
par- tiellement gravee seulement dans son epaisseur pour realiser les
implantations correspondant a la grille 13 Neanmoins, cette solu- tion
presente quelques difficultes pour positionner ensuite la
contre-electrode 30 sur l'electrode ramifiee 11.
Une autre solution proposee par la presente invention, pour resoudre
le probleme de mauvaise duree de vie des composants a electrodes
ramifiees en montage presse et qui peut etre utilisee
complementairement ou alternativement par rapport a la solution
precedemment enoncee qui consiste a prevoir une feuille 30 de
coefficient de dilatation adapte par rapport a celui du semicon-
ducteur constituant le composant de puissance, consiste a prevoir une
deuxieme grille servant de contre-electrode de base (dans le cas d'un
transistor) ou de gachette (dans le cas d'un thyristor) complementaire
de la contre-electrode 13 Cette deuxieme contre- electrode 40, comme
le montre la figure 5, sera un peu moins epaisse que la premiere et
revetue a sa surface superieure d'une couche isolante 41 pour ne pas
faire court-circuit avec la premiere grille 13 par l'intermediaire du
bloc 22 ou de la feuille 30 dans le cas o une telle feuille est prevue
Cette solution permet une repartition plus uniforme des pressions
entre les grilles et l'electrode superieure et permet egalement de
resoudre un autre probleme lie aux montages presses, a savoir une
repartition equipotentielle des tensions sur l'electrode de base,
cette repartition equipotentielle etant assuree par l'epaisseur de la
grille de tungsten ou de molybdenum Ce montage a double grille
favorise egalement la dissipation thermique Au lieu de prevoir deux
epaisseurs differentes pour les grilles d'emetteur et de base, on
pourra prevoir que la grille d'emetteur 13 repose sur une
metallisation 11 plus epaisse que la metallisation de base 12.
A titre d'exemple dimensionnel, dans la figure 3 on peut considerer
que le composant semiconducteur 20 a un diametre de l'ordre de 20 a 50
mm et une epaisseur de l'ordre de 300 a 500 microns La grille de
molybdenum 13 a une epaisseur de l'ordre du millimetre; la plaque de
molybdenum 24 a une epaisseur de l'ordre de quelques millimetres; les
blocs de copper 22 ont une epaisseur de l'ordre de 0,5 a 1 centimetre
La feuille de molybdenum 30 a une epaisseur de l'ordre du millimetre.
La presente invention n'est pas limitee aux modes de realisation qui
ont ete explicitement decrits; bien au contraire, elle englobe les
variantes et generalisations incluses dans le champ des revendications
ci-apres.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS.
1 Montage en boitier presse d'un composant semiconduc- teur de
puissance a structure d'electrodes ramifiee dans lequel le composant
de puissance (20) est presse entre des blocs (22, 23) d'un metal bon
conducteur thermique, une grille (13) d'un mital de coefficient de
dilatation adapte a celui du semiconducteur consti- tuant le composant
etant disposee sur l'electrode de puissance ramifiee a la face
superieure du composant, caracterise en ce qu'une feuille (30) d'un
metal de coefficient de dilatation adapte a celui du silicon est
disposee entre la grille (13) et le bloc de metal superieur (22).
2 Montage selon la revendication 1, caracterise en ce que la face
inferieure du composant semiconducteur est alliee a une plaque (24)
d'un metal de coefficient de dilatation adapte a celui du
semiconducteur.
3 Montage selon l'une des revendications 1 ou 2, caracterise en ce que
le metal a coefficient de dilatation adapte est du molybdenum ou du
tungsten.
4 Montage selon la revendication 1, caracterise en ce que le mital bon
conducteur est du copper.
5 Montage selon la revendication 1, caracterise en ce que le composant
de puissance est un transistor.
6 Montage selon la revendication 1, caracterise en ce que le composant
de puissance est du type thyristor (thyristor, triac, thyristor
ouvrable par la -gachette, thyristor a ouverture assistee par la
gachette, thyristor a amplification de gachette, etc).
7 Montage selon la revendication 1, caracterise en ce qu'une deuxieme
grille (40) d'un metal-de coefficient de dilata- tion adapte a celui
du semiconducteur est disposee sur l'electrode de commande (12)
interdigitee avec l'electrode de puissance (11) sur la face superieure
du composant, cette deuxieme grille etant revetue a sa partie
superieure d'une couche isolante (41).
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