Brevet FR2023323A1 — publié le 19700821

La présente invention a trait à ua dispositif d'encapsulage hermétiquement étanche destiné à être utilisé avec les composants électroniques, et plus particulièrement à un dispositif d'encapsulage qui fait appel à un type de céramique appropriée 5 destinée aux dispositifs à circuits intégrés requérant un grand nombre de sorties de fils* Il est d'usage courant, dans le domaine de là fabrication des dispositifs électroniques, d'encapsuler un composant électronique, tel qu'un transistor, une diode, une résistance, un 10 condensateur, un conducteur ou toute autre combinaison y affé-- rente, sous tui capot ou capsule liermétiquement et anche, étant donné qu'ils sont sensibles aux variations de l'air ambiant. L'une des plus grandes difficultés qui se présentent au cours de la production de tels dispositifs à capots concerne l'incorpora— 15 tion dans ledit capot des sorties de fils vers les électrodes de l'élément prisonnier dans un espace étanche, sans diminuer ou dénaturer les propriétés d*étanchéité à l'air dudit capot. Selon une technique antérieure, un certain nombre de fils sont tirés hors du capot en céramique par 1''intermédiaire d'un matériau de 20 verre à bas point de fusion qui est utilisé en guise d'agent de liaison, ou bien encore par 1 ' intennédiaire de trous ménagés dans le capot en céramique et dont la paroi intérieure se trouve être métallisée, ladite technique présentant toutefois certaines difficultés en ce qui concerne une bonne étanchéité à l'air du capot, 25 en raison des passages de fuite formés dans ledit matériau de verre à proximité des fils ou des trous précités, ce qui réduit habituellement la fiabilité des composants électroniques. Bn outre, et d'un point de vue pratique, les assemblages sous capot de la technique antérieure, s'ils sont adaptés à la production en série, 30 pèchent par défaut de reproductibilité» La présente invention vise à pourvoir à des capots ou capsules hermétiquement étanches destinés à être mis en oeuvre dans les dispositifs électroniques. La présente invention vise également à pourvoir à un 35 capot ou capsule possédant une étanchéité à l'air supérieure et présentant un grand nombre de sorties de fils, en vue de son application au dispositif à circuit intégré. La présente invention vise au surplus à pourvoir à un procédé de fabrication amélioré du capot ou capsule décrit ci-40 dessus, et présentant de bonnes propriétés de reproduction» 69 35663 2 2023323 Conformément à un mode de réalisation de la présente invention, il est pourvu à un capot hermétiquement étanche comportant un élément de base et un dispositif étanche associé audit élément de base, de façon à assurer toi espace étanche à l'air 5 à la surface principale dudit élément de base. De plus, ledit élément de base comporte un premier corps en céramique présentant uïi® première et une deuxième surfaces principales, ainsi qu'un trou conduisant de la première à la deuxième surface principale, et un deuxième corps en céramique qui se trouve être étroitement 10 combiné avec ladite deuxième surface principale du premier corps en céramique, une couche conductrice étant interposée entre le premier et le deuxième corps en céramique, laquelle s'étend jusqu'au trou précité, et tin passage conducteur s1étendant à travers ledit trou à partir de la première jusqu'à la deuxième surface supé— . 15 rieure du premier corps en céramique, afin de pouvoir être connecté à ladite couche conductrice sur la deuxième surface principale du premier corps en céramique. Les autres avantages et caractéristiques de la présente . invention apparaîtront plus clairement au cours de la description 20 détaillée qui suit de certains modes de réalisation préférentiels, en référence au dessin ci-ainiexé sur lequel : la fig. 1 est une vue en coupe illustrant un assemblage sous capot conforme à la présente invention ; les figs 2a, 2b, 2c et 2d représentent, respectivement, 25 des vues en perspective et en coupe illustrant diverses phases de la fabrication d'un élément de base en céramique destiné à un assemblage sous capot, conformément à un mode de réalisation de la présente invention j les figs. 3a et 3b représentent des vues partielles en 30 coupe de capots ou capsules conformes à des variantes de modes de réalisation de la présente invention* En référence à la fig. 1, il est représenté un assemblage sous capot hermétiquement étanche conformément à un mode de réalisation de la présente invention, lequel comporte un élément 35 de base 10 offrant des dimensions types de 22,5 Baa x 25 mm, et comprenant un premier corps en céramique frittée 11 pourvu de trous 13a et 13b, et u*l deuxième corps ©si céramique frittée 12 qui - est étroitement associé au corps en eérassique 11, le corps en cé— ~ rarailqtio i 2 ©tant muni d© trous ou de* perforations 14a et 14b à - 40-" travers lesquels sont disposées les conductrice? 18a et 18b, 69 35663 3 2023323 respectivement, destinées à entrer en contact avec des couches conductrices inférieures 19a et 19b auxquelles se trouvent être fermement assujettis des conducteurs métalliques 22a et 22b. Dans la pratique, quarante conducteurs métalliques se trouvent 5 être assujettis avec les couches conductrices inférieures correspondantes. A la surface supérieure du premier corps en céramique 11 se trouve être disposé, au moyen de la couche métallisée 16, un composant électronique 20, tel qu'un semi-conducteur à circuit intégré, muni de plusieurs électrodes 26a et 26b. De 10 minces fils de connexion 21a et 21b, qui sont en or ou en alu-■ minium par exemple, sont respectivement connectés d'une part aux couches conductrices supérieures en pont 17a et 17b et, d'autre part, aux électrodes 26a et 26b. Les couches conductrices supérieures 17a et 17b s'étendent le long des parois intérieures des 15 trous 13a et 13b, de façon qu'elles se trouvent être en contact électrique avec les couches conductrices intermédiaires 18a et 18b, lesquelles s'étendent latéralement entre les corps en céramique 11 et 12, en des points décalés par rapport aux perforations 14a et 14b, respectivement.' Un élément de capsule ou dispo-20 sitif d'étanchéité 27 comportant un capot métallique 25 et un rebord métallique 23 se trouve être soudé audit capot 25, recouvrant la surface principale du premier corps en céramique 11 qui supporte le composant électronique 20, et étant atnëâe en contact intime avec la partie périphérique du premier corps en céramique 25 11 au moyen d'une couche métallisée 24, formant de la sorte un espace étanche à l'air, lequel est défini par l'élément de capsule 27 et l'élément de base 10. Il en résulte que le composant électronique 20, lequel est sensible aux variations de la température ambiante, se trouve 30 être protégé contre toute modification néfaste de l'air ambiant du fait qu'il est.éloigné des conducteurs de sortie 22a et 22b par l'intermédiaire des couches conductrices inférieure, intermédiaire et supérieure, lesquelles assurent une étanchéité élevée à l'air de l'assemblage sçus capot, et du fait que les trous 13a 35 et 13b sont rendus entièrement étanches grâce au deuxième corps en céramique 12. L'une des caractéristiques essentielles du mode de réalisation décrit ci-dessus réside dans le fait que les trous 13a et 13b se trouvent être décalés par rapport aux perforations 14a 40 et 14b, lesdits trous étant raccordés auxdites perforations au 69 35663 k 2023323 moyen des couch.es conductrices intermédiaires 18a et 18b, lesquelles s'étendent latéralement à partir de la surface 15 située entre les corps en céramique 11 et 12, qui sont frittes sous forme d'un double feuilletage. 5 Les figs. 3a et 3b, dont toutes les références dési gnent des parties identiques à celles de la fig. 1, présentent certaines modifications dans le mode de fixation des fils par rapport au mode de réalisation décrit'ci-dessus. Ainsi qu'il est représenté sur la fig» 3a, l'assemblage sous capot comporte un fil 10 22b qui se trouve être interposé entre les corps en céramique 11 et 12, afin d'entrer en contact avec la couche conductrice 18b• D'autre part, dans l'assemblage sous capot représenté sur la fig» 3b une extrémité du fil de sortie 22b est fixée dans la perforation 1 4b, dont la paroi intérieure est revêtue avec la couche 15 conductrice 18b» Pour suivre, les diverses phases de fabrication du nouvel élément de base destiné à être mis en oeuvre dans 1'assemblage sous capot susmentionné, seront expliquées plus en détail, en référence à la fig. 2, dont toutes les références portées sur la 20 fig» 1 représentent des parties identiques aux deux dessins* Ainsi qu'il est représenté sur la fig» 2a, une paire de feuilles ou couches en céramique 11 et 12, dites vertes, (à savoir de la poudre de céramique comprimée et non frittée) dont les surfaces comportent un certain nombre de couches métalliques 16, 17*» 25 17b et 24, ainsi qu'une autre série de 'couches métalliques 18a, 18b, 19a et 19b, respectivement, se trouvent être imprimées par un dépôt d'encre métallique contenant des poudres de molybdène et de manganèse et passant à travers des masques présentant des trames préétablies» En suite de quoi, ainsi qu'il est représenté sur la 30 fig. 2b, des trous 13a et 13b sont perforés dans la première feuille en céramique 11, ainsi que des trous 14a et 14b dans la deuxième feuille en céramique 12, et ceci de telle façon que les trous 13a et 13b ne se trouvent pas dans le même alignement que les trous 14a et 14b. 35 Dans la phase représentée sur la fig» 2c, les parois in térieures des trous respectifs 13a et 13b, 14a et 14b, se trouvent être revêtues avec des couches métalliques suivant un processus au cours duquel une grande quantité d'encre métallique est introduite à travers les trous précités à l'aide de la technique sous 40 vide» 69 35663 5 De la sorte, les couches métalliques 17a et 17b atteignent la face postérieure de la première feuille en céramique 11, De façon similaire, les couches métalliques 18a et 18b atteignent la surface postérieure de la deuxième feuille en céramique 12, 5 afin d'établir tin contact avec les couches métalliques 19a et 19b réalisées antérieurement* Lorsque les deux feuilles en céramique 11 et 12 se trouvent être superposées l'une par rapport'à l'autre, puis comprimées à une température élevée d'environ 150° C, lesdites feuilles superposées sont alors frittées dans une atmosphère inerte 10 ou réductrice, de façon à obtenir l'élément de base solidaire 10, 'ainsi qu'il est représenté sur la fig. 2b. Lorsqu'on utilise de la céramique d'alumine comme matériau de base pour l'élaboration des feuilles en céramique 11 et 12, la température de frittage doit se situer de préférence vers les 1500* à 1600* C. L'utilisation d'un 15 matériau en céramique ne s'impose pas absolument dans la présente invention, si bien que l'on peut avoir recours à diverses autres matières bien connues dans la technique en question, comme par exemple de la stéatite et du zirconium. Au surplus, et si besoin est, les surfaces exposées des 20 couches métalliques 16, 17a» 17b, 18a, 18b, 19a et 19b, peuvent être revêtues de nickel.afin d'obtenir des trajets de conduction fiables traversant de part en part la première surface principale et la surface opposée de l'élément de base 10 (à savoir les feuilles en céramique frittée 11 et 12). 25 Ea utilisant l'élément de base tel que décrit et obtenu ci-dessus, l'assemblage sous capot de nature hermétiquement étancbe est monté de la façon suivante : ainsi qu'il est représenté sur la fig. 1, les sorties de fils 22a et 22b sont premièrement fixées aux couches métalliques 19a et 19b; une pastille semi-conduc-30 tri.ce 20 est ensuite montée dans la couche métallique 16 et les fils conducteurs 21a et 21b sont soudés par diffusion afin de pouvoir réaliser les connexions requises de sortie; un rebord métallique 23 est ensuite assemblé avec la partie périphérique de la surface de l'élément de base 10, après quoi tin capot métallique 35 25 est ajusté par soudure au rebord 23, au moyen d'une soudeuse à.résistance électrique. XI ressort de la description qui précède que la méthode préconisée par la présente invention est avant âgeus e du fait que les diverses phases de fabrication telles que décrites sur les kO figs 2a à 2b incluse sont de nature simple et ne présentent aucun® 69 35663 6 2023323 difficulté pour la production en série d'assemblages sous capot, au contraire de la méthode antérieure qui nécessitait la manipulation de fils extra-minces destinés à ôtre insérés dans les trous ou perforations ménagés dans lesdits assemblages sous 5 capot* En outre, le procédé de soudage à résistance électrique facilite grandement l'opération de scellement, tout en assurant une parfaite étanchéité à l'air. En conséquence, et conformément à la présente invention, il est évident que l'on peut fabriquer des-assemblages sous capot destinés aux composants électroniques 10 qui présentent une étanchéité à l'air parfaitement hermétique, ainsi que d'excellentes propriétés de reproductibilité. 69 35663 7 2023323 REVENDICATIONS 1. Encapsulage hermétiquement étanche, comportant ce qui suit : un premier corps en céramique doté d'une première et d'une deuxième surfaces principales et un premier trou traver-5 sant de part en part la première et la deuxième surfaces principales précitées ; un deuxième corps en céramique étroitement associé avec ladite deuxième surface principale du premier corps en céramique; une couche conductrice interposée entre lesdits premier et deuxième corps en céramique et atteignant ledit pre-10 mier trou; un passage conducteur s'étendant à travers ledit trou " à partir de la première et de la deuxième surfaces principales dudit premier corps en céramique, de façon qu'il soit connecté à ladite couche conductrice à l'endroit de la deuxième surface principale du premier corps en céramique; et un dispositif des-15 tiné à ménager tin espace étanche à l'air sur ladite première surface principale dudit premier corps en céramique* 2* Encapsulage hermétiquement étanche, suivant la revendication 1, dans lequel ledit deuxième corps en céramique se trouve être pourvu d'un deuxième 'trou établissant la liaison entre 20 l'une des surfaces principales et la surface principale antagoniste y afférente, ledit trou étant décalé par rapport au premier trou précité, et un autre passage conducteur qui est relié à ladite couche conductrice et qui-s'étend à travers ledit deuxième trou jusqu'à la surface opposée dudit deuxième corps en céramique* 25 3* Encapsulage hermétiquement étanche, suivant la re vendication 2, dans lequel un fil métallique est connecté à l'autre passage conducteur précité sur la surface opposée du deuxième corps en céramique précité* 4* Encapsulage hermétiquement étanche, suivant la reven— 30 dication 2, dans lequel un fil métallique est connecté à l'autre passage conducteur précité dans ledit deuxième trou et qui ressort à la surface opposée dudit deuxième corps en céramique* 5* Encapsulage hermétiquement étanche, suivant la revendication 1, dans "lequel un fil conducteur est connecté à la-35 dite couche conductrice à un -emplacement décalé par rapport au premier trou, entre lesdits premier et deuxième corps en céramique • 6. Encapsulage hermétiquement étanche, comportant un corps en céramique, un dispositif situé sur l'une des surfaces ko principale» dudit corps en céramique afin de ménager avec ce 69 35663 8 2023323 dernier un espace étanche à l'air abritant un composant électronique, et un certain nombre de fils qui sont fixés audit corps en céramique et connectés électriquement aux électrodes dudit composant électronique, le perfectionnement apporté à l'élaboration 5 dudit corps en céramique comportant ce qui suit : une première feuille ou couche en céramique présentant plusieurs trous s'étendant à partir dudit espace étanche à l'air jusqu'en un plan intermédiaire, et un certain nombre dè premières couches conductrices s'étendant chacune sur l'ensemble de la paroi desdits trous corres-10 pondants, à partir de l'espace étanche à l'air jusqu'audit plan intermédiaire et sur la surface principale devant être connectée électriquement aux électrodes correspondantes dudit composant électronique, chacune desdites couches conductrices déterminant Tin trou supplémentaire s'étendant à partir dudit espace étanche à 15 l'air jusqu'audit plan intermédiaire dans lesdits trous correspondants de ladite première couche en céramique; une deuxième couche ou feuille en céramique étroitement associée à ladite première couche ou feuille en céramique sur ledit plan intermédiaire, un certain nombre de deuxièmes couches conductrices s'étendant cha-20 cune entre lesdites première et deuxième couches eh céramique, lesquelles sont connectées auxdites premières couches conductrices correspondantes dans ledit plan intermédiaire, et un dispositif destiné à connecter électriquement lesdites deuxièmes couches conductrices avec les fils correspondants, respectivement, de fa-25 çon que ledit espace étanche à l'air"et les trous supplémentaires déterminés par lesdites premières couches conductrices présentent une étanchéité hermétique# 7» Encapsulage hennétiquement étanche, suivant le perfectionnement apporté par la revendication 6, dans lequel ladite 30 deuxième couche en céramique comporte plusieurs trous qui se trouvent être décalés par rapport aux trous de ladite première couche en céramique et s'étendant à partir dudit plan intermédiaire jusqu'à la surface principale opposée, lesdites deuxièmes couches conductrices s'étendant à travers les trous ménagés dans la deu— 35 xième (touche en céramique jusqu'à la surface principale opposée, les fils précités étant connectés auxdites deuxièmes couches conductrices sur la surface principale opposée* 8* Encapsulage hermétiquement étanche, suivant le perfectionnement apporté par la revendication 6, dans lequel ladite 40 deuxième couche en céramique comporte plusieurs trous qui se 69 35663 9 2023323 trouvent être décalés par rapport aux trous dans ladite première couche en céramique et qui s'étendent à partir dudit plan intermédiaire jusqu'à la surface principale opposée, lesdites deuxièmes couclxes conductrices s'étendant à travers les trous ména-5 gés dans la deuxième couche en céramique jusqu'à la surface principale opposée, l'une des extrémités de chacun desdits fils précités étant insérée dans chacun des trous correspondants dans ladite deuxième couche en céramique, étant fixée et connectée électriquement aux couches conductrices correspondantes précitées, 10 cependant que l'autre extrémité libre de chacun desdits fils ressort à la surface principale opposée» 9o Encapsulage hermétiquement étanche, suivant le perfectionnement apporté par la revendication 6S dans lequel lesdits fils sont fixés sur les parois latérales dudit corps en céramique, 15 étant connectés électriquement auxdites couches conductrices à l'emplacement dudit plan intermédiaire* I