Brevet FR2081746A1 — publié le 19711210

La présente invention concerne un procédé permettant de fabriquer une monture pour un semi-conducteur solide. • Les montures pour semi-conducteurs solides sont habituellement de deux types, à savoir le type à coupelle et le type à 5 tige. Une monture du type à coupelle comprend un corps en forme de coupelle réalisé en cuivre ou en un alliage de celui-ci et un anneau de soudage, -habituellement réalisé en acier, qui est fixé sur le bord du corps en forme de coupelle. Cét anneau de soudage sert au montage d'un couvercle sur le corps en forme 10 de coupelle une fois que le semi-conducteur a été monté à l'intérieur de la coupelle. Une monture du type à tige comprend un corps ayant la forme d'une tige, habituellement fileté et habituellement réalisé en cuivre ou en un alliagë de celui-ci, . „ cette tige étant venue d'une pièce avec une tête de plus grande 15 largeur prévue à l'une de ses extrémités et sur laquelle peut être monté le semi-conducteur. Un anneau de soudage, habituellement en acier, est fixé sur la tête, lui aussi pour le montage d'un couvercle sur cette tê-te une fois que le semi-conducteur a été monté sur celle-ci. ' ' 20 Jusqu'à maintenant, on a fabriqué de telles montures pour semi-conducteurs en disposant un anneau de soudage sur une maquette en cuivre ou en un alliage de celui-ci avec interposition d'un alliage de brasage entre cet anneau de soudage et cette maquette, puis e.n chauffant l'ensemble pour provoquer la 25 fusion de l'alliage de brasage et fixer l'anneau de soudage sur le corps et en façonnant enfin la coupelle ou le corps en forme de tige par forgeage de la maquette entre des outils de presse. La maquette était habituellement préfor'mée à partir d'une barre ou tige profilée à une forme convenant à un forgeage ultérieur 30 destiné à réaliser le corps. Ce corps présente comme inconvénient le fait que l'alliage • de brasage, qui est habituellement un alliage de brasage à l'argent, est d'un prix de revient relativement élevé. De plus, il est nécessaire de mettre en place l'alliage de brasage et 35 l'anneau de soudage sur le dessus de la maquette et de faire fondre la brasure en faisant passer les éléments assemblés à 71 07608 2 .2081746 travers un four convenable avant de forger la maquette pour façonner le corps et c'est là une opération qui prend beaucoup de temps et qui constitue un travail intensif, ce qui accroît le coût de fabrication de la monture. 5 En outre, un forgeage de la maquette après brasage peut conduire à une rupture du joint brasé entre le corps et l'anneau de soudage en raison des contraintes qui sont imposées au joint au cours de ce forgeage. C'est pourquoi l'invention a pour but de fournir un procédé 10 nouveau et perfectionné qui permette de réaliser une monture pour semi-conducteur solide et qui évite ou réduise les inconvénients mentionnés ci-dessus pour le procédé existant. Selon l'invention, ce procédé de fabrication d'une monture pour semi-conducteur solide est caractérisé par le fait qu'il 15 consiste à disposer une maquette au contact d'un anneau de soudage, à appliquer une pression sur ciette maquette et cet anneau de soudage pour les presser ensemble et pour provoquer une déformation plastique de la maquette et un mouvement relatif entre les parties des surfaces de la maquette et de l'anneau de 20 soudage qui sont en contact, puis à chauffer cette maquette et cet anneau de soudage qui est placé sur elle pour provoquer une liaison entre les parties considérées des surfaces. La déformation plastique et le mouvement relatif provoquent l'enlèvement d'une couche superficielle des parties des surfaces 25 qui sont en contact, ce qui nettoit ces surfaces de sorte qu'il apparaît entre celles-ci une liaison résultant d'une diffusion d'atomes entre elles lorsqu'on chauffe la monture.- L'invention a également pour objet une monture pour semiconducteur solide réalisée conformément au procédé ci-dessus. 30 La description des exemples qui vont suivre, à titre non limitatif et en regard des dessins annexés, fera bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. La figuré 1 représente une vue en coupe transversale et partielle prise à travers une partie d'un appareil permettant 35 de- mettre en oeuvre un procédé selon un premier mode d'exécu-tiom eoafoias à. 1*iaTeatioa» cette vue montrant la disposition 71 07608 3 2081746 de l'appareil immédiatement avant l'opération de forgeage. La figure 2 représente une vue analogue montrant la disposition de l'appareil à la fin de l'opération de forgeage. La figure 3 représente une vue schématique en coupe trans-5 versale et partielle prise à travers une partie d'un appareil utilisé pour mettre en oeuvre un procédé suivant une variante d'exécution conforme à l'invention, cette vue montrant l'appareil à la fin d'une opération de forgeage. Gomme le montre la figure 1, on réalise une monture pour 10 semi-conducteur solide du type à coupelle dans une presse de forgeage classique comprenant un bloc matrice supérieur 10 et un bloc matrice inférieur 11. Le bloc matrice supérieur 10 est muni d'un éjecteur coulissant classique 12 qui est astreint à se déplacer vers le bas sous l'action de moyens classiques 15 non représentés lorsqu'on désire éjecter de l'appareil une monture terminée. Le bloc 10 comprend une matrice supérieure 13 dans laquelle est ménagée une cavité de matriçage 14 cylindrique dans son ensemble et présentant au voisinage de son ouverture une 20 partie de plus grand diamètre 15. Le bloc matrice inférieur 11 supporte d'une façon analogue une matrice inférieure 16 présentant une face supérieure 17 plane dans son ensemble et' un passage central 18 à l'intérieur duquel est monté coulissant un mandrin 19- Une cavité annulaire 20 à section transversale en forme de canal est ménagée dans 25 la surface supérieure 17 autour du passage 18. En fonctionnement, des moyens d'alimentation mécaniques classiques non représentés amènent un anneau de soudage en acier 21 de façon à ce qu'il soit mis en place dans la cavité 20, tandis qu'une maquette sensiblement cylindrique 22 30 en cuivre ou en un alliage à base de cuivre se trouve amenée de façon à être mise en place sur la matrice inférieure 16 à l'intérieur de l'anneau de soudage en acier 21. On déplace alors vers le bas le bloc matrice supérieur 10 de façon que, comme le montre la figure 2, les matrices 13 et 16 35 agissent sur la maquette 22 et la forgent entre elles, le mandrin 19 formant une cavité axiale 23 dans cette maquette 71 07608 4 2081746 alors que la partie inférieure de celle-ci se trouve soumise à une déformation plastique à l'intérieur de l'alésage 24 de l'anneau de soudage 21 de manière que la partie de la surface de la maquette qui est au contact de cet anneau 5 soit amenée à se déplacer par rapport à la surface de l'anneau et,"du fait de la pression élevée existant entre l'anneau et la maquette, une couche superficielle se trouve arrachée par cisaillement de l'alésage 24 de l'anneau, la déformation plastique de la maquette provoquant également 1 ' en-10 lèvement d'une couche superficielle sur la partie de la surface de cette maquette qui est au contact de l'anneau de soudage. On retire alors de la presse la monture ainsi formée et on la chauffe dans un four présentant une atmosphère d'hydro-15 gène, à une température et pendant un temps convenables, par exemple à 1 000°C et pendant 30 minutes, pour que survienne une liaison entre l'anneau et le corps en forme de coupelle. La liaison qui survient est une liaison par diffusion 20 due à une migration d'atomes entre l'anneau de soudage et le corps. Il est essentiel pour qu'une telle liaison survienne que les surfaces qui sont au contact et entre lesquelles doit avoir lieu la migration des atomes soient propres et c'est en raison de la déformation plastique de la maquette et par 25 conséquent du mouvement relatif entre cette maquette et l'anneau de soudage et également en raison de la pression élevée que se produit une action de cisaillement devant déplacer la couche superficielle de l'anneau de soudage en acier. Le mouvement relatif tend également à arracher par cisaillement 30 une couche superficielle de la maquette en cuivre et.de plus, du fait de la déformation plastique de cette maquette, il se forme sur elle des surfaces neuves qui ne sont pas. contaminées par des oxydes ou autres couches superficielles. Après chauffage, on peut façonner à froid la monture 35 jusqu'à la forme.finale voulue, ce façonnage final à froid pouvant également accroître la dureté de la maquette de cuivre due au durcissement. 71 07608 5 2081746 Bien que l'on obtienne une liaison satisfaisante entre la maquette de cuivre et l'anneau de soudage en acier, on a constaté que l'on peut obtenir une meilleure liaison si l'anneau de soudage en acier est plaqué à l'aide d'un autre métal tel 5 que du cuivre, du nickel ou de l'argent. Afin d'obtenir un mouvement relatif de valeur maximale entre les pièces pendant l'application de pression, on peut ajuster la forme de ces pièces. C'est ainsi par exemple qu'on peut augmenter le rayon de l'ouverture de l'alésage 24 de l'anneau 10 ' de soudage 21 dans lequel est déformée la maquette 22, de façon à accroître la surface sur laquelle se produit le mouvement relatif. Dans le second mode d'exécution de l'invention représenté schématiquement par la figure 3, on réalise une monture du 15' "fcype à tige. Le procédé et l'appareil utilisés dans ce second mode d'exécution sont pratiquement les mêmes que ceux qui ont été décrits précédemment au suj-et du premier mode d'exécution, à l'exception de la forme des matrices 16 et 13 et de l'éjecteur 20 12a et b qui sont modifiés comme le montre la figure 3. De même que dans le premier mode d'exécution, on amène une maquette cylindrique en cuivre de façon à ce qu'elle soit mise en place sur là matrice inférieure 16 à l'intérieur de l'anneau de soudage 21. On déplace alors vers le bas le bloc 25 matrice supérieur de façon que, comme le montre la figure 3, les matrices 13 et 16 agissent sur l'ébauche 22 et la forgent entre elles'de sorte que le mandrin 19 coopère avec la surface 17 et l'anneau de soudage 21 pour former une surface en épaulement sur la tête pius large de la monture tandis que 30 l'éjecteur en deux parties 12a et 12b façonne la tige de la monture. Une déformation plastique de la maquette survie'nt de la même façon pendant l'opération de forgeage de sorte que la partie de cette maquette"située à l'intérieur de l'anneau 21 35 se trouve déformée, ce qui oblige la partie de' la surface de la maquette qui est au contact de l'anneau de soudage 21 à se 71 *07608 6 2081746 déplacer par rapport à la surface de cet anneau, et, du fait de la pression élevée qui existe entre l'anneau et la maquette, une couche superficielle est arrachée par cisaillement de l'alésage 24 de l'anneau, la déformation plastique de la maquette provoquant également l'enlèvement d'une couche superficielle sur la partie de la surface -de cette maquette qui est au contact de l'anneau de soudage. Une fois la monture réalisée, on peut monter un semiconducteur solide sur celle-ci d'une manière classique et on peut souder un couvercle sur l'anneau de soudage également d'une manière classique. 71 07608 7 2081746 REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication d'une monture pour semiconducteur solide, caractérisé par le fait qu'il consiste à disposer une maquette au contact d'un anneau de soudage, à 5 appliquer une pression sur cette maquette et cet anneau de soudage pour les presser ensemble et pour provoquer une déformation plastique de la maquette et un mouvement relatif entre les parties des surfaces de la maquette et de l'anneau de soudage qui sont en contact, puis à chauffer cette maquette et 10 cet anneau de soudage qui est placé sur elle pour provoquer une liaison entre les parties considérées des surfaces. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la déformation plastique et le mouvement relatif provoquent l'enlèvement d'une couche superficielle sur les 15 parties des surfaces qui sont en contact, ceci pour nettoyer les surfaces de sorte que survienne entre ces surfaces une liaison résultant de la diffusion d'atomes entre elles lorsqu'on chauffe la monture. 3 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 20 ou 2, caractérisé par le fait que le métal dont est constitué mou la maquette est plus/que le métal dont est constitué l'anneau de soudage. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la maquette est réalisée en une matière 25 choisie parmi le cuivre et un alliage à base de cuivre et l'anneau de soudage, en acier. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le chauffage de la maquette et de l'anneau de soudage est effectué dans une atmosphère 30 réductrice. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la maquette est forgée à la configuration extérieure voulue a.u cours de l'application de pression sur cette maquette et l'anneau de soudage. 35 7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'on met en place l'anneau de 71 07608 8 2081746 soudage et la maquette entre les outils d'une presse de forgeage et qu'on actionne cette presse pour déplacer les outils l'un vers l'autre de façon à provoquer une déformation plastique de la maquette permettant de façonner le corps de la monture 5 et provoquant le déplacement d'une partie de cette maquette dans l'alésage de l'anneau de soudage. 8 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que, pendant 1'application de la pression, on limite la déformation latérale de la maquette 10 dans une direction sensiblement transversale par rapport à la direction d'application de la pression. 9 - Procédé selon la revendication 8 lorsque celle-ci dépend de la revendication 7, caractérisé par le fait que la pression est appliquée sur la maquette et l'anneau de 15 soudage par les outils de la presse de forgeage à l'intérieur de laquelle sont disposés cette maquette et cet anneau, la résistance à la déformation latérale étant fournie par les outils de la presse qui entourent la maquette. 10 - Procédé selon la revendication 8 lorsque celle-ci 20 dépend de la revendication 7, caractérisé par le fait que la pression est.appliquée sur la maquette et 1'anneau de soudage par les outils de la presse de forgeage à l'intérieur de laquelle sont disposés cette maquette et cet anneau, la résistance à la déformation latérale étant fournie par un 25 mandrin disposé à l'intérieur des outils. 11 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que la monture est une monture du type à coupelle. 12 - Procédé selon la revendication 11 lorsque celle-ci 30 dépend de la revendication 7, caractérisé par le fait que les outils comprennent un mandrin qui s'étend à travers l'alésage de l'anneau de soudage de façon à agir sur la maquette pour former une cavité dans celle—ci pendant l'application de pression sur la maquette et l'anneau de soudage. 35 13 — Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que la monture est une monture du type à tige. ■ 71 07608 9 2081746 14 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que l'anneau de soudage est revêtu à l'aide d'un métal différent de celui dont est constitué cet anneau. 5 15 - Procédé selon la revendication 14, caractérisé par le fait que l'anneau est revêtu à l'aide d'une matière choisie parmi le cuivre, le nickel et l'argent. 16 - Procédé selon l'une quelconque des revendication 1 à 15, caractérisé par le fait que l'ouverture de l'alésage de l'an -1Q neau de soudage présente un congé de façon à accroître l'aire sur laquelle il se produit un mouvement relatif entre les surfaces de la maquette et de l'anneau qui sont en contact. 17 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé par le fait que l'anneau de soudage présente une 15 configuration circulaire. 18 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé par le fait qu'en plus on monte un semiconducteur sur la monture et on soude un couvercle sur l'anneau de soudage. 20 19 - Monture pour semi-conducteur solide, caractérisée par le fait qu'elle est réalisée à l'aide d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 18.