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WO2011064480A1 - Montage en boitier pour composants electroniques assembles par clip - Google Patents

Montage en boitier pour composants electroniques assembles par clip Download PDF

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WO2011064480A1
WO2011064480A1 PCT/FR2010/052329 FR2010052329W WO2011064480A1 WO 2011064480 A1 WO2011064480 A1 WO 2011064480A1 FR 2010052329 W FR2010052329 W FR 2010052329W WO 2011064480 A1 WO2011064480 A1 WO 2011064480A1
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WO
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grids
lead frame
grid
chip
elements
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/FR2010/052329
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English (en)
Inventor
Dominique Touzet
Pascal Coirault
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
STMicroelectronics Tours SAS
Original Assignee
STMicroelectronics Tours SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by STMicroelectronics Tours SAS filed Critical STMicroelectronics Tours SAS
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Priority to US13/510,598 priority patent/US20130017649A1/en
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    • Y10T29/53178—Chip component

Definitions

  • the present invention generally relates to electronic circuits and, more particularly, to mounting electronic chips in a package.
  • the invention relates more particularly to clip said housings in which, when my ⁇ floor, semiconductor chips having contacts on both sides are sandwiched between two conductive plates each provided with contact transfer of legs on the same plane .
  • FIGS. 1A and 1B are respective side and front views of an electronic device 1 mounted in a so-called SMD (surface mounting box) and clip housing.
  • a semiconductor chip 12 forming, for example, a vertical component (for example a diode or a power thyristor) or a low contact number integrated circuit (typically two to four) is mounted on a receiving area 142 which is part of a base 14, this area having a surface greater than the surface of the chip 12.
  • the plate 142 extends to the interior of the OUTSIDE ⁇ housing by at least one tab 144 coplanar, connection to the outside.
  • a cover 16, called clip, is attached to the upper face of the chip 12 and is shaped so as to define at least one connection tab 164 to the interior of the housing OUTSIDE ⁇ in the base of the map 14.
  • An area 162 of overlap of the chip is connected to the tab or tabs 164 by a curved portion 166.
  • the housing has a single connection tab 144 base side and a single connection tab 164 hood side .
  • the bases 14 and covers 16 are of a cond ⁇ tor material, usually copper.
  • an insulating region for example ceramic
  • the chip 12 has contacts on its two faces which are carried on the areas 142 and 162 of the base 14 and the cover 16 by solder or solder 18 ( Figure 1B). Most often, the assembly is encapsulated in an insulating resin 10 (illustrated by dashed lines in FIG. 1A).
  • Housings as illustrated in FIGS. 1A and 1B are obtained in batches from lead frames having a large number of supports and covers temporarily connected to one another.
  • Figure 2 is a perspective view of an exemplary conventional provisions housing in chips assembly ⁇ tive system 1 as illustrated in Figures 1A and 1B.
  • An assembly frame 22 receives a first connection grid 24 comprising the supports 14 connected to each other. Then, the chips 12 (not shown in Figure 2) are deposited on the plates 142 of the supports 14 with the interposition of a solder layer. Then, a second connecting grid 26 comprising the covers 16 is attached to the assembly with, again, interposition of a solder layer. The position of the grids 24 and 26 relative to one another is ensured by pins 222 protruding from the frame 22 and engaged in corresponding openings grids 24 and 26. The assembly holds by gravity.
  • the assembly is subjected to a heat treatment to weld the contacts of the chip.
  • the upper part of the assembly is placed in a mold for embedding the different circuits in an epoxy resin.
  • circuits are individually by cutting their legs 144 and 164 ( Figure 1A and 1B) for connection of the gates 24 and 26, so as to obtain the electro devices ⁇ niques encapsulated one.
  • An object of an embodiment of the present invention is to overcome all or part of the disadvantages of conventional assembly systems electronic devices per clip.
  • Another object of an embodiment of the present invention is more particularly to avoid the thermal mass problems of the usual support frame.
  • Another object of an embodiment of the present invention is to improve the flatness of the assembly.
  • a mounting system chip case electronic having a first lead frame defining chip receiving areas; and a second connection grid defining areas for covering the chips, the grids having, at least peripherally, pairs of mutually cooperative elements for holding the grids together.
  • each pair of elements comprises a protruding tab of one of the grids and an orifice opposite in the other grid.
  • the assembly of the connection grids by said elements is of clip type.
  • connection grids are regularly distributed in the connection grids.
  • said elements participate in the alignment of the connection grids with respect to one another.
  • the receiving and overlapping areas are extended by tabs intended to form contact recovery tabs.
  • the chips are encapsulated before cutting the connection grids.
  • a lead grid made of a conductive material defining chip receiving zones. semiconductors of a system as above, having square or rectangular openings for receiving protruding tabs of the second connecting grid defining covers covering the chips.
  • connection grid made of a conductive material of a system defining semiconductor chip covering covers carried by reception zones of the first connection grid, comprising tabs projecting from one side and intended to cooperate with the first grid of connection.
  • FIGS. 1A and 1B previously described are side and top views of an exemplary electro- mechanical device of the type to which the present invention applies;
  • FIG. 2 previously described is a perspective representation of a conventional clip-on chip assembly system
  • Figure 3 is a partial perspective view of an embodiment of a lead frame with covers
  • Figure 3A is a partially sectional view of the frame of Figure 3 along the line A-A;
  • Figure 4 is a partial perspective view of an embodiment of a lead frame carrying chip media
  • Figure 5 is a partial perspective view of the assembly of the grids of Figures 3 and 4;
  • Figure 6 is a side view partially in section of the assembly of Figure 5. detailed description
  • connection grids to be assembled with the interposition of the semiconductor chips.
  • elements are provided in each connection grid, each of these elements being intended to cooperate, for example in the manner of a clip, to block the respective positions of the two grids relative to each other.
  • Fig. 3 is a perspective view of an embodiment of a grid portion 36 of chip cover 16 in a "clip" type box arrangement.
  • Fig. 3A is a sectional view showing part of the frame 36 at the line A-A of Fig. 3.
  • Figure 4 is a perspective view of an embodiment of a grid portion 34 of chip receiving media 14. For simplicity, the chips have not been shown in Figures 3 and 4.
  • Each support 14 comprises, as before, a zone 142 for receiving a chip and one or more tabs 144 intended to take contacts from the chip to the outside (two tabs in the example of FIG. 4).
  • Each cover 16 comprises, as before, a zone 162 covering the chip and one or more tabs 164 of contact recovery connected to the zone 162 by one or more curved connecting portions 166 (a single portion in the example of the Figure 3).
  • connection grids 34 and 36 comprise peripherally elements with mutual cooperation to hold the grids together.
  • the grid 34 has openings 42 intended to cooperate with tabs in the form of clips 44 arranged opposite in the grid 36.
  • the clips are for example obtained by stamping, in a manner similar to that of which are obtained different
  • the clips 44 have a curved shape folded to improve the hold.
  • clips of different orientations are provided in order to properly align the grids 34 and 36 relative to each other.
  • Figures 3 and 4 also show circular orifices 362 and 342. These orifices are usual and are intended for step-by-step indexing of the chip placement machines.
  • clips may be provided on the grids 34 and 36 and openings facing each other in the other grid.
  • clips on a single grid of connection are enough.
  • the shape of the openings 42 may not be square or rectangular as shown but could also be oblong, while preferably having rectilinear edges adapted to cooperate with the tabs 44 to block the grids with each other.
  • the tip of the tabs 44 may optionally be chamfered to facilitate its introduction into the openings 42.
  • the use of square or rectangular clips avoids a rotation of a grid relative to the other.
  • the grids 34 and 36 are obtained by stamping and cutting and require no machining.
  • Figure 5 is a partial perspective of the connecting grids 34 and 36 assembled.
  • Figure 6 is a partial sectional view of the assembly made.
  • the distance between the supports and the covers is a few tenths of a millimeter (for example between 0.2 and 0.4 millimeter).
  • An advantage of the described embodiment is that the mounting assembly can be manipulated until cutting without the need for a support frame. Therefore, there is no more thermal mass problem related to this frame.

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Abstract

L'invention concerne un système de montage en boîtier de puces électroniques comportant une première grille de connexion (34) définissant des zones (142) de réception de puces; et une seconde grille de connexion (36) définissant des zones (162) de recouvrement des puces, les grilles comportant, au moins en périphérie, des paires d'éléments (42, 44) à coopération mutuelle pour un maintien des grilles entre elles.

Description

MONTAGE EN BOITIER POUR COMPOSANTS ELECTRONIQUES ASSEMBLES PAR
CLIP
Domaine de 1 ' invention
La présente invention concerne de façon générale les circuits électroniques et, plus particulièrement, le montage de puces électroniques en boîtier. L'invention concerne plus parti- culièrement les boîtiers dits à clip dans lesquels, lors du mon¬ tage, des puces semiconductrices ayant des contacts sur les deux faces sont enserrées entre deux platines conductrices pourvues chacune de pattes de report de contact sur un même plan.
Exposé de 1 ' art antérieur
Parmi les nombreuses techniques de montage en boîtier de composants semiconducteurs, une technique particulièrement adaptée aux puces ayant un nombre de contacts réduit est un montage dit à clip.
Les figures 1A et 1B sont des vues respectives laté- raies et de face d'un dispositif électronique 1 monté dans un boîtier dit SMD (boîtier à montage en surface) et à clip. Une puce semiconductrice 12 formant, par exemple, un composant vertical (par exemple une diode ou un thyristor de puissance) ou un circuit intégré à faible nombre de contacts (typiquement de deux à quatre) est monté sur une zone 142 de réception faisant partie d'un socle 14, cette zone étant de surface supérieure à la surface de la puce 12. La platine 142 se prolonge à l'exté¬ rieur du boîtier par au moins une patte 144 coplanaire, de raccordement à l'extérieur. Un capot 16, appelé clip, est rapporté sur la face supérieure de la puce 12 et est conformé de façon à définir au moins une patte 164 de connexion à l'exté¬ rieur du boîtier dans le plan du socle 14. Une zone 162 de recouvrement de la puce est reliée à la ou aux pattes 164 par une portion incurvée 166. Dans l'exemple de la figure 1B, on suppose que le boîtier comporte une seule patte de connexion 144 côté socle et une seule patte de connexion 164 côté capot.
Les socles 14 et capots 16 sont en un matériau conduc¬ teur, le plus souvent en cuivre. Dans le cas d'un boîtier dont l'un des éléments, socle ou capot, comporte plus d'une patte conductrice, une région isolante (par exemple en céramique) est prévue sur la zone 142 ou 162 pour dissocier les contacts. La puce 12 comporte des contacts sur ses deux faces qui sont reportés sur les zones 142 et 162 du socle 14 et du capot 16 par brasure ou soudure 18 (figure 1B) . Le plus souvent, l'ensemble est encapsulé dans une résine isolante 10 (illustrée par des pointillés en figure 1A) .
Des boîtiers tels qu'illustrés en figures 1A et 1B sont obtenus par lots à partir de grilles de connexion (lead frame) comportant un grand nombre de supports et de capots temporairement reliés entre eux.
La figure 2 est une vue en perspective d'un exemple de système classique d'assemblage de puces en boîtier de disposi¬ tifs 1 tels qu'illustrés aux figures 1A et 1B.
Un cadre d'assemblage 22 reçoit une première grille de connexion 24 comportant les supports 14 reliés les uns aux autres. Puis, les puces 12 (non représentées en figure 2) sont déposées sur les platines 142 des supports 14 avec interposition d'une couche de brasure. Puis, une seconde grille de connexion 26 comportant les capots 16 est rapportée sur l'ensemble avec, là encore, interposition d'une couche de brasure. Le position- nement des grilles 24 et 26 l'une par rapport à l'autre est assuré par des pions 222 saillant du cadre 22 et engagés dans des orifices correspondant des grilles 24 et 26. L'ensemble tient par gravité.
L'ensemble est soumis à un traitement thermique pour souder les contacts de la puce.
Le cas échéant, la partie supérieure de l'assemblage est placée dans un moule pour noyer les différents circuits dans une résine époxy.
Enfin, les circuits sont individualisés par découpe de leurs pattes 144 et 164 (figure 1A et 1B) de connexion des grilles 24 et 26, de façon à obtenir les dispositifs électro¬ niques encapsulés 1.
Le recours à un cadre 22 de manipulation engendre un inconvénient lié à la masse thermique de l'ensemble du système d'assemblage. Cette masse thermique accroît le coût de fabrica¬ tion. De plus, apparaît une inhomogénéité dans les gradients thermiques entre la périphérie et le centre.
Par ailleurs, le fait que la tenue de l'ensemble n'est assurée que par gravité engendre un risque de déplacement lors des manipulations avec traitement thermique, voire une déforma¬ tion des grilles de connexion dans la direction verticale dans leurs parties centrales ne reposant pas sur le cadre. Cela nuit à la qualité de l'assemblage.
Résumé
Un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients des systèmes d'assemblage usuels de dispositifs électroniques par clip.
Un autre objet d'un mode de réalisation de la présente invention vise plus particulièrement à éviter les problèmes de masse thermique du cadre support usuel.
Un autre objet d'un mode de réalisation de la présente invention est d'améliorer la planéité de l'assemblage.
Pour atteindre tout ou partie de ces objets ainsi que d'autres, on prévoit un système de montage en boîtier de puces électroniques comportant une première grille de connexion définissant des zones de réception de puces ; et une seconde grille de connexion définissant des zones de recouvrement des puces, les grilles comportant, au moins en périphérie, des paires d'éléments à coopération mutuelle pour un maintien des grilles entre elles.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque paire d'éléments comporte une patte saillante d'une des grilles et un orifice en regard dans l'autre grille.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'assemblage des grilles de connexion par lesdits éléments est de type clip.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, des éléments à coopération mutuelle sont régulièrement répartis dans les grilles de connexion.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, lesdits éléments participent à l'alignement des grilles de connexion l'une par rapport à l'autre.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les zones de réception et de recouvrement sont prolongées par des pattes destinées à former des pattes de reprise de contact.
On prévoit aussi un procédé de montage en boîtier de puces électroniques au moyen d'un système tel que ci-dessus, comportant les étapes suivantes :
disposer des puces électroniques sur lesdites zones de réception, avec interposition d'une couche de brasure ;
rapporter la seconde grille de connexion sur la première avec interposition d'une seconde couche de brasure ;
soumettre l'ensemble à un traitement thermique ; et découper les boîtiers obtenus.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les puces sont encapsulées avant découpe des grilles de connexion .
On prévoit aussi une grille de connexion en un matériau conducteur définissant des zones de réception de puces semiconductrices d'un système tel que ci-dessus, comportant des ouvertures carrées ou rectangulaires destinées à recevoir des pattes saillantes de la seconde grille de connexion définissant des capots recouvrant les puces.
On prévoit aussi une grille de connexion en un matériau conducteur d'un système définissant des capots de recouvrement de puces semiconductrices portées par des zones de réception de la première grille de connexion, comportant des pattes saillantes d'une face et destinées à coopérer avec la première grille de connexion.
Brève description des dessins
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres 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 1A et 1B décrites précédemment sont des vues latérales et de dessus d'un exemple de dispositif électro¬ nique du type auquel s'applique la présente invention ;
la figure 2 décrite précédemment est une représen- tation en perspective d'un système usuel de montage de puces en boîtier à clip ;
la figure 3 est une vue partielle en perspective d'un mode de réalisation d'une grille de connexion portant des capots ;
la figure 3A est une vue partiellement en coupe du cadre de la figure 3 selon la ligne A-A ;
la figure 4 est une vue partielle en perspective d'un mode de réalisation d'une grille de connexion portant des supports de puce ;
la figure 5 est une vue partielle en perspective de l'assemblage des grilles des figures 3 et 4 ; et
la figure 6 est une vue latérale partiellement en coupe de l'assemblage de la figure 5. Description détaillée
De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures. Pour des raisons de clarté, seuls les éléments et étapes utiles à la compréhension de 1 ' in- vention ont été représentés et seront décrits. En particulier, la réalisation des puces semiconductrices et de leurs contacts n'a pas été détaillée, l'invention étant compatible avec les techniques usuelles. De plus, les opérations de brasage et d'encapsulation n'ont pas été détaillées, l'invention étant là encore compatible avec les techniques habituelles.
On pourrait penser améliorer la tenue sur le cadre 22 (figure 2) en rapportant des écrous ou moyens similaire de serrage sur les pions 22. Toutefois, cela ne résoudrait ni le problème de masse thermique, ni celui d'une flèche éventuelle dans la partie centrale.
On prévoit d'éviter le recours à un cadre pour supporter et maintenir entre elles les grilles de connexion à assembler avec interposition des puces semiconductrices. Pour cela, des éléments sont prévus dans chaque grille de connexion, chacun de ces éléments étant destiné à coopérer, par exemple à la manière d'un clip, pour bloquer les positions respectives des deux grilles l'une par rapport à l'autre.
La figure 3 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'une partie de grille 36 de capots 16 de recouvre- ment de puces dans un montage en boîtier de type "à clip".
La figure 3A est une coupe représentant une partie du cadre 36 au niveau de la ligne A-A de la figure 3.
La figure 4 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'une partie de grille 34 de supports 14 de récep- tion des puces. Pour simplifier, les puces n'ont pas été représentées en figures 3 et 4.
Chaque support 14 comporte, comme précédemment, une zone 142 de réception d'une puce et une ou plusieurs pattes 144 destinées à reprendre des contacts de la puce vers l'extérieur (deux pattes dans l'exemple de la figure 4). Chaque capot 16 comporte, comme précédemment, une zone 162 de recouvrement de la puce et une ou plusieurs pattes 164 de reprise de contact reliées à la zone 162 par une ou plusieurs portions incurvées de liaison 166 (une seule portion dans l'exemple de la figure 3).
Les grilles de connexion 34 et 36 comportent, en périphérie, des éléments à coopération mutuelle pour maintenir les grilles entre elles.
Par exemple, la grille 34 comporte des ouvertures 42 destinées à coopérer avec des pattes en forme de clips 44 ménagées en regard dans la grille 36. Les clips sont par exemple obtenus par emboutissage, d'une manière similaire à celle dont sont obtenus les différents capots 16. Dans l'exemple de la figure 3A, les clips 44 ont une forme incurvée repliée pour améliorer la tenue. De préférence et comme l'illustre la figure 3A, des clips de différentes orientations sont prévus de façon à aligner correctement les grilles 34 et 36 l'une par rapport à 1 ' autre .
En figures 3 et 4, apparaissent en outre des orifices circulaires 362 et 342. Ces orifices sont habituels et sont destinés à 1 ' indexage pas-à-pas des machines de placement des puces .
En variante, des clips pourront être prévus côté grilles 34 et 36 et des ouvertures en regard dans l'autre grille. Toutefois, des clips sur une seule grille de connexion suffisent .
La forme des ouvertures 42 peut ne pas être carrée ou rectangulaire comme cela est représenté mais pourrait également être oblongue, tout en présentant préférentiellement des bords rectilignes adaptés à coopérer avec les pattes 44 pour bloquer les grilles l'une avec l'autre. En outre, la pointe des pattes 44 pourra le cas échéant être chanfreinée pour faciliter son introduction dans les ouvertures 42. Le recours à des clips carrés ou rectangulaires évite une rotation d'une grille par rapport à l'autre. Les grilles 34 et 36 sont obtenues par emboutissage et découpe et ne nécessitent aucun usinage.
La figure 5 est une perspective partielle des grilles de connexion 34 et 36 assemblés.
La figure 6 est une vue en coupe partielle de l'assemblage réalisé.
Pour simplifier, les puces et les zones de brasure correspondantes n'ont pas été illustrées en figures 5 et 6.
A titre d'exemple particulier de réalisation, l'écart entre les supports et les capots est de quelques dixièmes de millimètre (par exemple entre 0,2 et 0,4 millimètre).
Un avantage du mode de réalisation décrit est que l'ensemble de montage peut être manipulé jusqu'à la découpe sans nécessiter de cadre support. Par conséquent, il n'y a plus de problème de masse thermique lié à ce cadre.
De plus, l'équilibre du poids du système de montage est amélioré.
En outre, en répartissant correctement les clips en périphérie des cadres, voire en prévoyant des clips régulière- ment dans la surface des grilles (par exemple dans des zones centrales 45, figure 4), on améliore la planéité de l'ensemble de montage .
Divers modes de réalisation ont été décrits, diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, les formes et dimensions à donner aux clips d'assemblage des grilles de connexion pourront varier en fonction de l'application. De plus, la mise en oeuvre pratique de l'invention à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus est à la portée de l'homme du métier en utilisant les techniques habituelles de réalisation des grilles de connexion de puces semiconductrices ainsi que les méthodes habituelles d' encapsulâtion et de soudure.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de montage en boîtier de puces électro¬ niques comportant :
une première grille de connexion (34) définissant des zones (142) de réception de puces ; et
une seconde grille de connexion (36) définissant des zones (162) de recouvrement des puces,
les grilles comportant, au moins en périphérie, des paires d'éléments (42, 44) à coopération mutuelle pour un maintien des grilles entre elles.
2. Système selon la revendication 1, dans lequel chaque paire d'éléments comporte une patte (44) saillante d'une des grilles (36) et un orifice (42) en regard dans l'autre grille (34) .
3. Système selon la revendication 2, dans lequel l'assemblage des grilles de connexion (34, 36) par lesdits éléments (42, 44) est de type clip.
4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel des éléments à coopération mutuelle (42, 44) sont régulièrement répartis dans les grilles de connexion (34, 36).
5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel lesdits éléments (42, 44) participent à l'alignement des grilles de connexion (34, 36) l'une par rapport à 1 ' autre .
6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les zones de réception (142) et de recouvrement (162) sont prolongées par des pattes (144, 164) destinées à former des pattes de reprise de contact.
7. Procédé de montage en boîtier de puces électro- niques au moyen d'un système conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, comportant les étapes suivantes :
disposer des puces électroniques (12) sur lesdites zones de réception (142), avec interposition d'une couche de brasure (18) ; rapporter la seconde grille de connexion (36) sur la première (34) avec interposition d'une seconde couche de brasure (18) ;
soumettre l'ensemble à un traitement thermique ; et découper les boîtiers obtenus.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel les puces sont encapsulées avant découpe des grilles de connexion (34, 36) .
9. Grille de connexion (34) en un matériau conducteur définissant des zones (142) de réception de puces semiconductri- ces d'un système conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, comportant des ouvertures carrées ou rectangulaires (42) destinées à recevoir des pattes (44) saillantes de la seconde grille de connexion (36) définissant des capots recouvrant les puces .
10. Grille de connexion (36) en un matériau conducteur d'un système conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, définissant des capots (16) de recouvrement de puces semi- conductrices portées par des zones de réception (14) de la première grille de connexion (34) , comportant des pattes (44) saillantes d'une face et destinées à coopérer avec la première grille de connexion (34) .
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