FR2742000A1 - Composant semiconducteur a montage par brasure - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un composant semiconducteur de type mésa comprenant sur l'une au moins de ses faces, en plus d'un anneau périphérique (9) constitué d'une portion d'une couche de verre de passivation, au moins un plot (30) constitué d'une portion de cette couche et ayant une fonction d'espaceur.

Description

COMPOSTANT SEMICv uCTEUwR À MONTAGE PAR BRASURE
La présente invention concerne le domaine du montage des composants semiconducteurs et plus particulièrement des composants semiconducteurs comportant deux bornes principales sur deux faces opposées destinées à être brasées entre deux connexions, pouvant éventuellement servir de répartiteurs thermiques.
Dans le domaine des composants semiconducteurs de type diode, on trouve souvent des montages du type de celui de la figure 1 dans lequel une puce semiconductrice 1 est montée entre deux pièces métalliques 3 et 4, par exemple deux disques ou autres plaques de connexion. La liaison entre la puce 1 et les conducteurs 3 et 4 est assurée par des couches de brasure 6.
On conçoit qu'il est relativement délicat de réaliser cette opération de brasure en maintenant une épaisseur de brasure sensiblement constante et divers procédés relativement élaborés ont été prévus pour ce faire.
La figure 2A est une vue similaire à la figure 1 et la figure 2B un agrandissement de la partie gauche de la figure 2A dans le cas particulier où la puce semiconductrice est une puce de structure mésa. Pour former une structure de type mésa, on forme dans une plaquette de silicium des sillons 7 puis l'ensemble de la plaquette, y compris les sillons, est revêtu d'une couche de passivation, couramment un verre 8, qui est ensuite gravée pour laisser en place le verre 8 dans le sillon et un anneau de verre 9 à la périphérie de la puce. Après cette opération et d'autres, les puces sont séparées les unes des autres, par exemple par sciage. Dans des dispositifs pratiques, l'épais- seur de l'anneau de passivation (ou de glassivation) 9 à la périphérie de la puce est couramment de 10 à 20 micromètres.Or, en pratique on cherche à obtenir une couche de brasure d'une épaisseur de 15 à 25 micromètres. La présence de l'anneau 9 évite, lors de l'opération de brasure, que la pièce de connexion 3 ou 4 vienne en contact avec la surface ou une portion de la surface de la puce 1.
Néanmoins, dans certains types de montage, la présence de cet anneau périphérique 9 se révèle insuffisante pour obtenir le but recherché. C'est par exemple le cas quand, comme cela est illustré en figure 3, l'une ou l'autre des pièces de connexion 11, 12 a une section inférieure à la surface définie par la périphérie interne de l'anneau de passivation 9. Egalement, dans le cas illustré en figure 4, si les surfaces de connexion sont des éléments de feuilles métalliques relativement minces et susceptibles de ne pas être planes, il est possible qu'il se produise un contact entre un point de l'une de ces feuilles métalliques et la surface de silicium.
En pratique, on s'est aperçu que la présence d'un contact entre une puce de silicium et un point au moins d'une connexion à cette puce était susceptible de provoquer une dégradation et un non-fonctionnement de la puce à la suite de contraintes thermiques répétées. Des analyses plus poussées ont montré que cette dégradation résultait d'un clivage du silicium à la surface de la puce au niveau du point de contact, clivage vraisemblablement attribuable au frottement entre la connexion et la puce lors de contraintes thermiques par suite de dilatations différentielles entre le métal, souvent du cuivre, constituant la connexion et le silicium.
La présente invention vise à résoudre ce problème et à éviter le contact entre une connexion et une puce semiconductrice brasée à cette connexion.
Pour atteindre cet objet, la présente invention prévoit un composant semiconducteur de type mésa comprenant sur 1 'une au moins de ses faces, en plus d'un anneau périphérique constitué d'une portion d'une couche de verre de passivation, au moins un plot constitué d'une portion de ladite couche et ayant une fonction d'espaceur.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le composant constitue une double diode de Shockley.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le composant a une dimension latérale de 1 à 3 trin.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les plots sont disposés sensiblement au sommet d'un triangle équilatéral centré sur le centre de la puce.
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles
les figures 1 à 4 décrites précédemment illustrent très schématiquement diverses structures de puces semiconductrices brasées à divers types de connexions dans le but de faire ressortir le problème posé
les figures 5A et 5B sont une vue en coupe et une vue de dessus d'un exemple de structure de connexion utilisée selon la présente invention ; et
la figure 6 représente un exemple de mise en oeuvre de la présente invention.
Les figures 5A et 5B illustrent un exemple de montage réel dans lequel le problème susmentionné a été rencontré. Il s'agit du montage d'un composant de protection haute tension du type double diode de Shockley commercialisé par la société SGS
Thomson Microelectronics (ST) sous la marque Trisil. La puce de silicium 1 est montée sur une embase 21 d'une grille de connexion. De façon connue, une grille de connexion est une plaque conductrice prédécoupée dont certaines liaisons mécaniques peuvent être découpées après montage pour isoler diverses connexions. L'embase 21 est solidaire d'une première broche de connexion 22. Une deuxième broche de connexion 23 est séparée de l'embase après montage par une découpe. Un pontet 25 est soudé dans une portion 24 de la grille de connexion, solidaire de la cosse 23.Après brasure de l'embase 21 et du pontet 24 à la puce 1, l'ensemble est noyé dans un matériau d'encapsulation 28.
On notera que le pontet 24 est susceptible d'avoir une forme bombée avec une convexité tournée vers la puce et qu'il risque donc d'apparaître un contact entre la puce et une portion de ce pontet.
La figure 6 représente une vue en coupe schématique d'un composant semiconducteur Trisil. Ce composant, de type mésa, comprend à sa périphérie des sillons 7 remplis d'un verre 8 qui déborde en un anneau 9 au niveau des faces supérieure et inférieure du composant.
Lors de la fabrication d'un tel composant, on part d'une tranche semiconductrice dans laquelle on commence par former les diverses couches diffusées de type N et P nécessaires à la constitution du composant. Ensuite, on grave des sillons aux limites de chaque puce individuelle. Puis l'on revêt l'ensemble d'une couche d'un verre de protection (une glassivation). Ceci est par exemple effectué par dépôt à la tournette. Après cela, on grave le verre par masquage et gravure chimique pour laisser en place seulement le verre 8 dans les sillons et le verre 9 à la périphérie.
Selon la présente invention, on modifie le masque de gravure pour laisser subsister des plots de verre 30 en divers emplacements choisis de la surface du composant. Ces plots de verre 30 ont pour but de servir d'espaceurs et d'éviter tout contact entre une connexion et la puce. Ces plots sont par exemple disposés sensiblement aux sommets d'un triangle équilatéral centré sur le centre de la puce.
Etant donné que la couche de glassivation a comme on l'a vu précédemment une épaisseur de l'ordre de 10 à 20 micromètres tandis que la future brasure a une épaisseur de l'ordre de la vingtaine de micromètres, les plots de verre sont bien adaptés à réaliser la fonction d'espaceur souhaitée.
Classiquement, après formation et délimitation de la couche de glassivation laissant en place notamment les plots 30, on procède à une métallisation 31 des surfaces du composant.
Cette métallisation est par exemple effectuée par dépôt nonélectrolytique de façon à revêtir uniquement les surfaces semiconductrices du composant et pas les couches de verre. Enfin, on procède à la découpe des puces individuelles et à leur montage.
Pour mieux comprendre la structure de la figure 6 et celle des figures 5A et 5B, on se rappellera qu'en pratique un composant tel qu'une diode Trisil est une puce carrée dont le côté a une dimension de 1 à 3 trrn. Les figures sont donc à une échelle très agrandie.
La présente invention est susceptible de nombreuses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art.
Notamment, bien qu'elle ait été décrite dans le cadre d'une application à un composant dipole de type Trisil, elle s'applique à d'autres composants dipoles tels des composants désignés sous la marque Transil par la société SGS-Thomson Microelectronics ainsi qu'à des composants à trois électrodes dont deux électrodes principales tels que des thyristors ou des triacs. Elle pourra aussi être mise en oeuvre sur une seule face d'un composant.

Claims (4)

REVENDICATIONS
1. Composant semiconducteur de type mésa, caractérisé en ce qu'il comprend sur 1 'une au moins de ses faces, en plus d'un anneau périphérique (9) constitué d'une portion d'une couche de verre de passivation, au moins un plot (30) constitué d'une portion de ladite couche et ayant une fonction d'espaceur.
2. Composant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il constitue une double diode de Shockley.
3. Composant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il a une dimension latérale de 1 à 3 ttin.
4. Composant selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits plots sont disposés sensiblement au sommet d'un triangle équilatéral centré sur le centre de la puce.
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