WO2002056388A2 - Boîtier semi-conducteur a capteur, muni d'un insert, et son procede de fabrication - Google Patents

Boîtier semi-conducteur a capteur, muni d'un insert, et son procede de fabrication Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to the field of semiconductor packages having a sensor, in particular an optical, chemical, displacement sensor, acting remotely or by contact.
  • the semiconductor components which comprise a sensor are generally mounted in housings which on the one hand must be accessible from the outside to fulfill their function and on the other hand, in most cases, must be protected.
  • the semiconductor components are installed in the bottom of the cavity of encapsulation boxes which often have an attached cover made of a transparent material, the bottom wall of the boxes being used to perform the external electrical connections of the component.
  • Such arrangements require a large number of manufacturing steps and are not versatile.
  • the object of the present invention is in particular to improve and simplify the semiconductor devices provided with a sensor and their production mode.
  • the present invention firstly relates to a method of manufacturing a semiconductor package.
  • the method according to the invention consists in: placing, in an injection cavity of an injection mold, a semiconductor component, one rear face of which is fixed to a front face of mounting and electrical connection means and of which a front face comprises a sensor, and an insert which comprises an open passage extending in front of said sensor and provided with a plug closing said passage and which has one end bearing on the front face of said component, around said sensor, and a front face bearing against a bottom of said cavity; and injecting a coating material into said cavity so as to encapsulate said mounting and electrical connection means and, peripherally, said semiconductor component and said insert.
  • the process according to the invention can advantageously consist of placing an annular seal constituting a spacer between said insert and said semiconductor component.
  • the method according to the invention may advantageously consist in placing in said injection cavity an insert provided with centering fins in this cavity.
  • the method according to the invention can advantageously consist in placing in said injection cavity an insert provided with a plug installed in its passage.
  • the method according to the invention may advantageously consist, after demolding, of installing a transparent plug in the passage of said insert.
  • the present invention also relates to a semiconductor package which can be obtained in particular by implementing the above method.
  • this housing comprises: a semiconductor component, one rear face of which is fixed to a front face of mounting and electrical connection means and one front face of which comprises a sensor; an insert bearing on the front face of said optical component, around said sensor, and comprising an open passage extending in front of said sensor; a plug installed in said passage of said insert; and means for encapsulating said mounting and electrical connection means, said semiconductor component and said insert, comprising a coating material which surrounds this semiconductor component and this insert.
  • said insert is preferably supported on the front face of said optical component by means of an annular seal constituting a spacer.
  • said insert can advantageously be fixed to the front face of said optical component by bonding.
  • said plug can advantageously be transparent.
  • said plug can advantageously be integrated into said insert.
  • said insert can advantageously comprise, in its front face, an annular groove.
  • said mounting and electrical connection means may advantageously comprise a grid having a platform or mounting plate for said semiconductor component and electrical connection tabs extending outside of the coating material.
  • said mounting and electrical connection means may advantageously comprise a mounting and electrical connection plate.
  • the coating material preferably extends at least in front of said plate.
  • FIG. 1 shows a top view of the semiconductor package of Figure 1, after its manufacture
  • FIG. 3 shows a sectional view of the semiconductor package of Figure 1, after its manufacture
  • FIG. 4 shows a second semiconductor package according to the present invention, during manufacture
  • FIG. 5 shows, in section, a third semiconductor package according to the present invention, during manufacture;
  • FIG. 6 shows, in top view partially in section, the third semiconductor package of Figure 5, after its manufacture.
  • a semiconductor package 1 which comprises a metal grid 2, known per se, which has a central platform 3 and peripheral tabs 4 for electrical connection.
  • the semiconductor package 1 also comprises an insert 11, for example of metal or plastic, which has an annular body 12 placed perpendicular to the semiconductor component 5 and one end of which is in abutment against the front face 7 of the component semiconductor 5, in its zone extending between the sensor 8 and the studs 9. This insert 11 thus determines an access passage 14 opposite the sensor 8.
  • the insert 11 has, at the periphery of its end opposite the semiconductor component 5, an annular veil 15 which is extended radially by four fins 16 opposite in pairs and distributed at 90 around the body 12.
  • the front face of the plug 17 can also be in contact with the bottom 24.
  • the legs 4 of the grid 2 are taken between the parts 19 and 20 of the mold 21 and protrude into the cavity 18.
  • the ends of the fins 16 are placed in the corners of the cavity 18 adjacent to its bottom wall 24 and ensure the positioning of the insert 11 relative to the semiconductor component 5.
  • the distance between the bottoms 23 and 24 of the cavity 18 determines the pressure force of the rear face 13 of the insert 11 on the front face
  • the front face 22 of the insert 11 has an annular groove 25.
  • the rear face 13 of the insert 11 could be bonded to the front face 7 of the component 5, the layer of adhesive ensuring a certain flexibility of positioning of the insert 11 in the cavity 18 and a certain control of the pressure force of the insert 11 on the component 5.
  • the web 15 and the fins 16 could then be eliminated. That said, we proceed, in a manner known per se, to the injection of a coating material 26 into the cavity 18 of the mold 21 so as to perform an encapsulation operation, this coating material 21 surrounding the plate -form 3 of the grid 2, the semiconductor component 5 and the insert 11 and embedding the inner part of the legs 4 of the grid 2 and the wires 10.
  • the insert 11 provided with its plug 17, the passage 14 extending in front of the sensor 8 is protected against any introduction of coating material during the injection operation.
  • the annular groove 25 constitute a reserve in the event of frontal infiltration. The semiconductor package 1 being thus produced, o can then remove the plug 17 so as to clear the passage 14 so that the sensor 8 is then accessible from the outside.
  • FIG. 4 we see that there is shown a semiconductor package 28 during manufacture, disposed in the cavity 29 of an injection mold 30.
  • the semiconductor component 31 is fixed by a layer of adhesive 32 on the front face of a plate 33 for mounting and electrical connection.
  • the insert 34 differs from the insert 11 of the previous example by the fact that its fins 35 move away from the bottom 36 of the cavity 29 corresponding to the bottom 24 of the mold 21 of the example previous, the fins 35 coming to bear in the corners of the cavity
  • annular seal 40 constituting a spacer is interposed between the rear face 37 of the body 38 of the insert 34, corresponding to the rear face 13 of the insert 11 of the previous example, and the front face. 39 of the semiconductor component 31.
  • This seal 40 is preferably glued on the one hand against the face 37 and on the other hand against the face 38 and can ensure a certain flexibility of positioning of the insert 34.
  • this coating material is prevented from entering the passage 42 of the insert 34 by a plug 43 installed in this passage 42 and by the seal 40, the latter also making it possible to reduce and control the bearing force of the insert 34 on the semiconductor component 31.
  • the fins 35 of l insert 34 are embedded in the coating material 41.
  • FIG. 5 and 6 we see that there is shown a semiconductor package 44 which differs from the semiconductor package 1 described with reference to Figures 1 and 2 only in that its insert 45 has a slot 46 formed radially in its body 47 and open on one side.
  • a plate 48 for example made of glass, is installed in the slot 46 of the insert 45 and constitutes a plug obstructing the passage 49 of this insert, replacing the plug 17 of the previous example.
  • the plate 48 mounted in leaktight manner, is permanently installed in the semiconductor box 44.
  • the present invention is not limited to the examples described above. Many alternative embodiments are possible without departing from the scope defined by the appended claims.

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Abstract

Boîtier semi-conducteur et son procédé de fabrication, dans lesquels un composant semi-conducteur (5) est fixée sur une face avant de moyens de montage et de connexion électrique (2) et comprend un capteur (8), un insert (11) est en appui sur la face avant dudit composant optique, autour dudit capteur et comprend un passage ouvert (14) s'étendant en avant dudit capteur, et des moyens d'encapsulation (26) comprennent une matière d'enrobage qui entoure ledit composant semi-conducteur et les moyens de montage et de connexion électrique, ledit passage comprenant un bouchon (17).

Description

Boîtier semi-conducteur à capteur, muni d'un insert, et son procédé de fabrication
La présente invention concerne le domaine des boîtiers semiconducteurs présentant un capteur, en particulier un capteur optique, chimique, de déplacement, agissant à distance ou par contact.
Les composants semi-conducteurs qui comprennent un capteur sont généralement montés dans des boîtiers qui d'une part doivent être accessibles de l'extérieur pour remplir leur fonction et d'autre part, dans la plupart des cas, doivent être protégés.
Dans la technique actuelle, les composants semi-conducteurs, généralement à capteurs optiques, sont installés dans le fond de la cavité de boîtiers d'encapsulation qui souvent présentent un couvercle rapporté en un matériau transparent, la paroi de fond des boîtiers étant utilisée pour effectuer les connexions électriques extérieures du composant. De telles dispositions nécessitent un nombre important d'étapes de fabrication et ne sont pas polyvalentes.
Le but de la présente invention est en particulier de perfectionner et simplifier les dispositifs semi-conducteurs pourvus d'un capteur et leur mode de production.
La présente invention a tout d'abord pour objet un procédé de fabrication d'un boîtier semi-conducteur.
Le procédé selon l'invention consiste : à placer, dans une cavité d'injection d'un moule d'injection, un composant semi-conducteur dont une face arrière est fixée sur une face avant de moyens de montage et de connexion électrique et dont une face avant comprend un capteur, et un insert qui comprend un passage ouvert s'étendant en avant dudit capteur et muni d'un bouchon fermant ledit passage et qui présente une extrémité en appui sur la face avant dudit composant, autour dudit capteur, et une face avant en appui contre un fond de ladite cavité ; et à injecter une matière d'enrobage dans ladite cavité de façon à encapsuler lesdits moyens de montage et de connexion électrique et, périphériquement, ledit composant semi-conducteur et ledit insert. Le procédé selon l'invention peut avantageusement consister à placer un joint d'étanchéité annulaire constituant une entretoise entre ledit insert et ledit composant semi-conducteur.
Le procédé selon l'invention peut avantageusement consister à placer dans ladite cavité d'injection un insert muni d'ailettes de centrage dans cette cavité.
Le procédé selon l'invention peut avantageusement consister à placer dans ladite cavité d'injection un insert muni d'un bouchon installé dans son passage.
Le procédé selon l'invention peut avantageusement consister, après démoulage, à installer dans le passage dudit insert un bouchon transparent.
La présente invention a également pour objet un boîtier semiconducteur susceptible d'être obtenu en particulier par la mise en oeuvre du procédé ci-dessus. Selon l'invention, ce boîtier comprend : un composant semiconducteur dont une face arrière est fixée sur une face avant de moyens de montage et de connexion électrique et dont une face avant comprend un capteur ; un insert en appui sur la face avant dudit composant optique, autour dudit capteur, et comprenant un passage ouvert s'étendant en avant dudit capteur ; un bouchon installé dans ledit passage dudit insert ; et des moyens d'encapsulation desdits moyens de montage et de connexion électrique, dudit composant semiconducteur et dudit insert, comprenant une matière d'enrobage qui entoure ce composant semi-conducteur et cet insert. Selon l'invention, ledit insert est de préférence en appui sur la face avant dudit composant optique par l'intermédiaire d'un joint annulaire d'étanchéité constituant une entretoise.
Selon l'invention, ledit insert peut avantageusement être fixé sur la face avant dudit composant optique par collage. Selon l'invention, ledit bouchon peut avantageusement être transparent.
Selon l'invention, ledit bouchon peut avantageusement être intégré dans ledit insert.
Selon l'invention, ledit insert peut avantageusement comprendre, dans sa face avant, une gorge annulaire. Selon l'invention, lesdits moyens de montage et de connexion électrique peuvent avantageusement comprendre une grille présentant une plate-forme ou plaque de montage dudit composant semiconducteur et des pattes de connexion électrique s'étendant à l'extérieur de la matière d'enrobage.
Selon l'invention, lesdits moyens de montage et de connexion électrique peuvent avantageusement comprendre une plaque de montage et de connexion électrique.
Selon l'invention, la matière d'enrobage s'étend de préférence au moins en avant de ladite plaque.
La présente invention sera mieux comprise à l'étude de boîtiers semi-conducteurs munis d'un capteur et leur procédé de fabrication, décrits à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par le dessin sur lequel : - la figure 1 représente, en coupe, un premier boîtier semiconducteur selon la présente invention, en cours de fabrication ;
- la figure 2 représente une vue de dessus du boîtier semiconducteur de la figure 1, après sa fabrication ;
- la figure 3 représente une vue en coupe du boîtier semi- conducteur de la figure 1, après sa fabrication ;
- la figure 4 représente un second boîtier semi-conducteur selon la présente invention, en cours de fabrication ;
- la figure 5 représente, en coupe, un troisième boîtier semiconducteur selon la présente invention, en cours de fabrication ; - et la figure 6 représente, en vue de dessus partiellement en coupe, le troisième boîtier semi-conducteur de la figure 5, après sa fabrication.
En se reportant aux figures 1 à 3, on voit qu'on a représenté un boîtier semi-conducteur 1 qui comprend une grille métallique 2, connue en soi, qui présente une plate-forme centrale 3 et des pattes périphériques 4 de connexion électrique.
Sur la face avant de la plate-forme 3 est fixée la face arrière d'un composant semi-conducteur 5 par l'intermédiaire d'une couche de colle 6. Ce composant semi-conducteur 5 présente, dans la partie centrale de sa face avant 7, un capteur 8, par exemple un capteur optique, et, à la périphérie de ce capteur 8 des plots de connexion électrique 9 qui sont reliés sélectivement aux pattes de connexion électrique 4 par des fils métalliques 10 en l'air. Le boîtier semi-conducteur 1 comprend en outre un insert 11, par exemple métallique ou en matière plastique, qui présente un corps annulaire 12 placé perpendiculairement au composant semi-conducteur 5 et dont une extrémité 13 est en appui contre la face avant 7 du composant semi-conducteur 5, dans sa zone s'étendant entre le capteur 8 et les plots 9. Cet insert 11 détermine ainsi un passage d'accès 14 en face du capteur 8.
L'insert 11 présente, à la périphérie de son extrémité opposée au composant semi-conducteur 5, un voile annulaire 15 qui se prolonge radialement par quatre ailettes 16 opposées deux à deux et réparties à 90 autour du corps 12.
Ayant préalablement installé un bouchon 17 dans le passage 14 de l'insert 11, par exemple par vissage jusqu'à ce que ce dernier vienne en appui contre un épaulement annulaire 14a prévu dans ce passage 14, l'ensemble décrit ci-dessus est disposé dans la cavité plate 18 formée entre une partie inférieure 19 et une partie supérieure 20 d'un moule d'injection 21 connu en soi, dans la disposition suivante représentée sur la figure 1.
D'une part la face arrière de la plate-forme 3 de la grille 2 et d'autre part la face avant 22 de l'insert 11, formée par la face avant du corps 12, la face avant du voile 15 et la face avant des ailettes 16, sont respectivement en contact avec les fonds parallèles 23 et 24 de la cavité 17, formés respectivement dans la partie inférieure 19 et la partie supérieure 20 du moule 21. La face avant du bouchon 17 peut aussi être en contact avec le fond 24. Les pattes 4 de la grille 2 sont prises entre les parties 19 et 20 du moule 21 et dépassent dans la cavité 18.
Les extrémités des ailettes 16 sont placées dans les coins de la cavité 18 adjacents à sa paroi de fond 24 et assurent le positionnement de l'insert 11 par rapport au composant semi-conducteur 5. La distance entre les fonds 23 et 24 de la cavité 18 détermine l'effort de pression de la face arrière 13 de l'insert 11 sur la face avant
7 du composant semi-conducteur 5.
La face avant 22 de l'insert 11 présente une gorge annulaire 25. Dans une variante, la face arrière 13 de l'insert 11 pourrait être collée sur la face avant 7 du composant 5, la couche de colle assurant une certaine souplesse de positionnement de l'insert 11 dans la cavité 18 et un certain contrôle de l'effort de pression de l'insert 11 sur le composant 5. Dans une autre variante, le voile 15 et les ailettes 16 pourraient alors être supprimées. Ceci étant, on procède, de façon connue en soi, à l'injection d'une matière d'enrobage 26 dans la cavité 18 du moule 21 de façon à effectuer une opération d'encapsulation, cette matière d'enrobage 21 entourant la plate-forme 3 de la grille 2, le composant semi-conducteur 5 et l'insert 11 et noyant la partie intérieure des pattes 4 de la grille 2 et les fils 10.
Grâce à l'insert 11 muni de son bouchon 17, le passage 14 s'étendant devant le capteur 8 est protégé contre toute introduction de matière d'enrobage lors de l'opération d'injection. De plus, la rainure annulaire 25 constituer une réserve en cas d'infiltration frontale. Le boîtier semi-conducteur 1 étant ainsi réalisé, o peut alors enlever le bouchon 17 de façon à dégager le passage 14 de telle sorte que le capteur 8 est alors accessible de l'extérieur.
Comme le montre la figure 3, on peut ensuite, dans le cas par exemple où le capteur 8 est un capteur optique, installer dans le passage 14, à la place du . bouchon 17, un bouchon transparent 27 de protection qui pourrait en outre constituer une lentille optique.
En se reportant à la figure 4, on voit qu'on a représenté un boîtier semi-conducteur 28 en cours de fabrication, disposé dans la cavité 29 d'un moule d'injection 30. Dans cette variante, le composant semi-conducteur 31 est fixé par une couche de colle 32 sur la face avant d'une plaque 33 de montage et de connexion électrique.
L'insert 34 se différencie de l'insert 11 de l'exemple précédent par le fait que ses ailettes 35 vont en s'éloignant du fond 36 de la cavité 29 correspondant au fond 24 du moule 21 de l'exemple précédent, les ailettes 35 venant en appui dans les coins de la cavité
29, à distance de son fond 36.
En outre, un joint annulaire d'étanchéité 40 constituant une entretoise est interposé entre la face arrière 37 du corps 38 de l'insert 34, correspondant à la face arrière 13 de l'insert 11 de l'exemple précédent, et la face avant 39 du composant semi-conducteur 31. Ce joint 40 est de préférence collé d'une part contre la face 37 et d'autre part contre la face 38 et peut assurer une certaine souplesse de positionnement de l'insert 34. Lors de l'opération d'injection, comme dans l'exemple précédent, d'une matière d'enrobage 41 dans la cavité 29 du moule 28, cette matière d'enrobage est empêchée de pénétrer dans le passage 42 de l'insert 34 par un bouchon 43 installé dans ce passage 42 et par le joint d'étanchéité 40, ce dernier permettant en outre de réduire et de contrôler l'effort d'appui de l'insert 34 sur le composant semiconducteur 31. Dans cette variante, les ailettes 35 de l'insert 34 sont noyées dans la matière d'enrobage 41.
En se reportant aux figures 5 et 6, on voit qu'on a représenté un boîtier semi-conducteur 44 qui ne se différencie du boîtier semi- conducteur 1 décrit en référence aux figures 1 et 2 que par le fait que son insert 45 présente une fente 46 ménagée radialement dans son corps 47 et ouverte d'un côté. Une plaque 48, par exemple en verre, est installée dans la fente 46 de l'insert 45 et constitue un bouchon obstruant le passage 49 de cet insert, en remplacement du bouchon 17 de l'exemple précédent.
Après l'opération d'injection de la matière d'enrobage qui s'effectue de la même manière que dans l'exemple précédent, la plaque 48, montée de façon étanche, est installée définitivement dans le boîtier semi-conducteur 44. La présente invention ne se limite pas aux exemples ci-dessus décrits. Bien des variantes de réalisation sont possibles sans sortir du cadre défini par les revendications annexées.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un boîtier semi-conducteur, caractérisé par le fait qu'il consiste :
- à placer, dans une cavité d'mjection (18) d'un moule d'injection (21), un composant semi-conducteur (5) dont une face arrière est fixée sur une face avant de moyens de montage et de connexion électrique (2) et dont une face avant comprend un capteur (8), et un insert (11) qui comprend un passage ouvert (14) s'étendant en avant dudit capteur et muni d'un bouchon (17) fermant ledit passage et qui présente une extrémité (13) en appui sur la face avant dudit composant, autour dudit capteur, et une face avant (22) en appui contre un fond (24) de ladite cavité,
- et à injecter une matière d'enrobage (26) dans ladite cavité de façon à encapsuler lesdits moyens de montage et de connexion électrique et, périphériquement, ledit composant semi-conducteur et ledit insert.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il consiste à placer un joint d'étanchéité annulaire (40) constituant une entretoise entre ledit insert et ledit composant semi-conducteur.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il consiste à placer dans ladite cavité d'injection un insert muni d'ailettes (16) de centrage dans cette cavité.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il consiste à placer dans ladite cavité d'injection un insert muni d'un bouchon (17, 48) installé dans son passage (14).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il consiste, après démoulage, à installer dans le passage dudit insert un bouchon transparent (27).
6. Boîtier semi-conducteur, obtenu en particulier par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend : un composant semiconducteur (5) dont une face arrière est fixée sur une face avant de moyens de montage et de connexion électrique (2) et dont une face avant comprend un capteur (8) ; un insert (11) en appui sur la face avant dudit composant optique, autour dudit capteur, et comprenant un passage ouvert (14) s'étendant en avant dudit capteur ; un bouchon (17) installé dans ledit passage dudit insert ; et des moyens d'encapsulation (26) desdits moyens de montage et de connexion électrique, dudit composant semi-conducteur et dudit insert, comprenant une matière d'enrobage qui entoure ce composant semi-conducteur et cet insert.
7. Boîtier selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ledit insert (34) est en appui sur la face avant dudit composant optique par l'intermédiaire d'un joint annulaire d'étanchéité (40) constituant une entretoise.
8. Boîtier selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé par le fait que ledit insert (11) est fixé sur la face avant dudit composant optique par collage.
9. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait que ledit bouchon (27) est transparent.
10. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé par le fait que ledit bouchon (48) est intégré dans ledit insert.
11. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé par le fait que ledit insert (11) comprend, dans sa face avant, une gorge annulaire (25).
12. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 6 à
11, caractérisé par le fait que lesdits moyens de montage et de connexion électrique comprennent une grille (2) présentant une plate- forme ou plaque de montage dudit composant semi-conducteur et des pattes de connexion électrique s'étendant à l'extérieur de la matière d'enrobage.
13. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 6 à
12, caractérisé par le fait que lesdits moyens de montage et de connexion électrique comprennent une plaque (33) de montage et de connexion électrique.
14. Boîtier selon l'une des revendications 12 et 13, caractérisé par le fait que la matière d'enrobage s'étend au moins en avant de ladite plaque. ,.
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