Brevet FR2047890A1 — publié le 19710319

la présente invention se rapporte à un perfectionnement apporté à une enceinte pour dispositif à semi-conducteur, et xilus particulièrement à un perfectionnement apporté à une enceinte destinée à un circuit intégré à puissance de sortie 5 élevée. Bien que dans un dispositif à circuit intégré à semiconducteur, il a été mis en pratique de disposer un substrat ou sous-couche semi-conducteur dans une enveloppe en céramique, en majeure partie de l'alumine, la dissipation par rayonnement de 10 la chaleur engendrée dans le substrat semi-conducteur n'est pas satisfaisante par suite de la mauvaise conductibilité thermique de la céramique elle-même. En conséquence, conformément à une structure d'enveloppe connue, dans le cas d'un circuit intégré à semi-conducteur utilisé pour une puissance de sortie très élevée, 15 une partie de l'emballage en céramique auquel le fragment semiconducteur est fixé, est perforée et un petit axe métallique, par exemple en cuivre, ayant une conductibilité satisfaisante, y est introduit et fixé. Toutefois, dans une telle enveloppe, étant donné que la céramique et le méte^l, qui ont des coefficients 20 de dilatation thermique différents l'un de l'autre, sont directement fixés ensemble, les inconvénients qui en résultent sont qu* une non concordance thermique se produit entre eux et que la céramique ayant une structure faible est déformée par la déformation thermique, ce qui fait qu'une fissure apparaît dans la cé-25 ramique et qu'un écaillement est occasionné dans une partie comprise entre la céramique et le métal. Sans une tentative faite pour éviter de tels inconvénients on introduit une couche métallique, en alliage de cobalt par exemple, entre la céramique et le métal, en tant que tampon contre une telle déformation, mais 30 la déformation et la destruction de l'emballage en céramique occasionnées par une telle non concordance thermique ne peut pas être complètement évitée0 la présente invention a pourcbjet de prévoir une enceinte céramique possédant une dissipation élevée de la chaleur 35 par rayonnement et apte à éviter la déformation et la destruction de la matière céramique occasionnées par la non-conductance thermique. Conformément à l'un des modes de réalisation de la présente invention, la matière céramique et la matière métallique 40 pour permettre la dissipation par rayonnement de la chaleur sont 70 21899 2 ■2047890 disposés en laissant un espace entre elles et elles sont réunies au moyen d'un manchon métallique comportant une saillie cylindrique „ Les avantages et caractéristiques de la présente in-5 vention décrits ci-dessus ainsi que d'autres apparaîtront clairement au cours de la description détaillée qui va suivre et que l'on a faite en se référant au dessin annexé sur lequel : la figure 1 est une vue entière en coupe longitudinale représentant une structure fondamentale d'une enceinte conforme 10 à l'un des modes de réalisation de la présente invention ; les figures 2 et 3 sont des vues en coupe longitudinales de pièces principales d'enceintes représentant respectivement d'autres modes de réalisation de la présente invention. On va décrire l'un des modes de réalisation objet de 15 la présente invention en se référant à la figure 1 sur laquelle on voit qu'un boîtier 1 en céramique constitue le constituant principal de l'enceinte, qu'une ouverture 2, par exemple, une ouverture circulaire est percée au centre du fond du boîtier en céramique, et qu'une partie 3 dissipant la chaleur par rayonne-20 ment est introduite avec du jeu dans l'ouverture 2 et présente une saillie cylindrique 4, qu'un manchon métallique 5 est en contact étroit avec le fond du boîtier 1 en céramique et avec la partie 3 dissipant la chaleur rayonnant et comporte une saillie cylindrique creuse 6 en vue de rendre hermétiquement étanche 25 l'espace dans lequel un substrat doit êt.re encapsulé, qu'une partie filetée 7 est prévue sous la partie dissipant la chaleur par rayonnement, qu'un substrat semi-conducteur 8 est fixé sur la surface terminale de la saillie cylindrique 4, que la référence 9 désigne un conducteur externe, qu'un fil de raccordement 30 10 en aluminium ou en or relie une électrode de semi-conducteur au conducteur externe, que la référence 11 désigne une couche de verre, et la référence 12 un couvercle ou capot par exemple en céramique fixé étroitement à la couche de verre 11 afin d'assurer l'étanchéité de l'ouverture supérieure de l'enveloppe en 35 céramique8 le boîtier 1 en céramique et le couvercle ou capot 12 en céramique sont en une matière céramique dont le principal ingrédient est de l'oxyde d'aluminium AlgO^o La partie 3 dissipant la chaleur par rayonnement est en une matière fortement thermo-40 conductrice telle que le cuivre ou un alliage se composant prin- 70 21899 3 2047890 cipalement de cuivre, le manchon métallique 5 est en métal, par exemple du Koval (dénomination commerciale d'un alliage Fe-Co-M) ayant le même (ou à peu près le même) coefficient de dilatation thermique que celui du boîtier 1 en céramique, La couche 13 est 5 une couche métallisée comportant du molybdène et du manganèse obtenue par des techniques d'impression bien connues sur le fond du boîtier 1 en céramique» La couche 14 est une couche métallique, par exemple, une couche métallique recouverte de nickel ou de cuivre déposée sur la couche métallisée 13, par exemple par 10 des procédés de dépôt électrolytique. La couche 15 est une couche de soudure à l'argent adhérant sur la couche déposée élec-trolytiquement, Ainsi, le manchon métallique 5 est relié à la surface inférieure du boîtier 1 en céramique par l'intermédiaire de ces couches 13, 14 et 15. On utilise la couche de nickel 14 15 pour obtenir une bonne adhérence de la couche de soudure 15, étant donné qu'il est difficile de souder la couche molybdène-manganèse 13 directement sur le manchon métallique 5„ Une partie de la saillie cylindrique 6 du manchon métallique 5 et la partie 3 dissipant la chaleur par rayonnement 20 sont réunies par une couche de soudure 16, par exemple par une soudure à l'or. Le substrat semi-conducteur 8 est relié à la partie 3 dissipant la chaleur par rayonnement par une couche eutectique or-silicium ou par une couche 17 constituée par une mince feuille d'argent, On peut effectuer directement la liai-25 son entre le fond du boîtier 1 en céramique et la manchon métallique 5, en utilisant par exemple du verre à bas point de fusion. Dans une telle structure, le boîtier 1 en céramique et le manchon métallique 5 sont thermiquement assortis, étant 30 donné qu'ils ont le même (ou à peu près le même) coefficient de dilatation thermique. Quant au manchon métallique 5 et à la partie 3 dissipant la chaleur par rayonnement, bien qu'ils ne soient pas thermiquement assortis par suite de leurs coefficients de dilatation thermique différents, la déformation thermique se 35 concentre dans la saillie cylindrique creuse 6 du manchon métallique 5. La saillie cylindrique 4 du radiateur et le boîtier 1 en céramique sont séparés l'un de l'autre par un espace annulaire 2 leur permettant de se déplacer dans l'espace de manière que le boîtier 1 en céramique ne soit soumis à aucune action de 40 déformation thermique et que par suite il n'y ait aucun risque 21899 4 2047890 de formation de fissures», d'écaillage, etc„ Le manchon métallique 5 comportant une saillie cylindrique creuse 6 qui absorbe la déformation, thermique entre le boîtier 1 en céramique et le radiateur 3 peut être réalisé sous 5 des formes différentes de celles du mode de réalisation représenté sur la figure 1. Il peut être réuni au radiateur 3 d'une manière telle que l'extrémité 18 de la saillie cylindrique creuse 6 soit recourbée vers l'extérieure comme représenté sur la figure 2 ou que l'extrémité 19 soit repliée vers l'intérieur comme 10 représenté sur la figure 3„ Il est superflu de dire que le fond du radiateur 3 peut être de différents types pouvant être fixés à une plaquette de circuit imprimé et autres que celui représenté dans les modes de réalisation précités avec un filetage 7 et un écrou d'arrêt. 70 21899 5 2047890 REVENDICATIONS 1°) Enceinte destinée à être utilisée dans un circuit intégré à semi-conducteurs, caractérisée par le fait qu'elle comprend : un substrat en matière céramique comportant une ou-5 verture • un corps en matière métallique conducteur de la chaleur comportant une partie saillante qui est introduite dans ©*{# l'ouverture du substrat/qui est espacée du substrat ; un manchon en matière métallique ayant sensiblement le même coefficient de dilatation que celui du substrat, ce manchon comportant à l'une 10 de ses extrémités un bord adhérant hermétiquement à la surface inférieure du substrat, le corps conducteur de la chaleur s'é-tendant à travers le manchon et adhérant hermétiquement au manchon' ; un corps semi-conducteur relié à la surface supérieure de la partie saillante du corps conducteur de la chaleur ; et un 15 couvercle ou capot disposé sur le substrat de manière à former une chambre enfermant le corps semi-conducteur entre le couvercle ou capot et le substrat„ 2°) Enceinte conforme à la revendication 1, caractérisée par le fait que le manchon comporte à son autre extrémité 20 un autre bord adhérant- hermétiquement au corps conducteur de la chaleur. 3°) Enceinte conforme à la revendication 2, caractérisée par le fait que le corps conducteur de la chaleur comporte un bord dont la surface s'étend de façon sensiblement parallèle 25 à la surface inférieure du substrat le bord du manchon à son autre extrémité adhérant hermétiquement à la surface du bord du corps conducteur de .la chaleur0 4°) Enceinte conformément à la revendication 1, caractérisée par le fait que le substrat se compose principalement 30 d'oxyde d'aluminium, tandis que le manchon se compose essentiellement d'un alliage de fer, de cobalt et de nickel„ 5°) Enceinte conforme à la revendication 4, caractérisée par le fait que le manchon adhère hermétiquement au substrat par l'intermédiaire d'une couche triple formé d'une couche métal-35 lisée de molybdène et de manganèse formée sur la couche inférieure du substratg d5une couche intermédiaire choisie à partir du groupe se composant de nickel et de cuivre formée sur la couche métallisée, et d'une couche de soudure interposée entre la couche intermédiaire et le bord du manchon.