Brevet FR2090254A1 — publié le 19720114

La présente invention est relative aux composants semiconducteurs du type comprenant un élément semi-conducteur muni de connexions ou d'un circuit, et logé dans un boîtier métallique étanche formant support, le circuit étant isolé électriquement de 5 ce "boîtier, mais étant avec celui-ci en contact de haute conductibilité thermique, afin d'assurer la dissipation de la chaleur dégagée par le dispositif en cours d'opération. Les dispositifs du type décrit ci-dessus sont des composants électroniques bien connus, et ils comportent en général 10 un boîtier formant support fait en un alliage tellure-cuivre de haute pureté, sur la tête duquel est brasé un feuillet en matière céramique, la face supérieure de ce feuillet supportant par exemple un transistor et des plots de connexion formés par mé-tallisation, des conducteurs électriques étant connectés, par 15 brasure par exemple, sur ces plots métallisés, un chapeau en matière céramique qui protège le transistor et son circuit électrique étant placé sur le feuillet céramique qui supporte le circuit et étant soudé par résistance, à la soudure tendre ou autrement, à un prolongement du boîtier formant support. Il est 20 très fréquent que des conducteurs métalliques doivent traverser le chapeau en matière céramique, en faisant joint étanche avec celui-ci. L'un des objets de la présente invention est la réalisation d'un boîtier pour semi-conducteurs dont la construction 25 particulière supprime l'emploi d'une ou de plusieurs des parties coûteuses que comportent les dispositifs de ce type et, simultanément, " supprime une ou plusieurs des opérations nécessaires pour l'assemblage des diverses parties du dispositif. Un autre objet de l'invention est la réalisation d'un 50 boîtier pour semi-conducteurs dont la construction particulière permet d'assembler séparément les éléments du circuit électronique et d'en vérifier le bon fonctionnement avant leur mise en place finale dans.le boîtier. Ces buts sont atteints grâce à l'invention, au moyen d'un 55 support métallique formant boîtier qui dissipe la chaleur dégagée, comportant une tête évidée formant une collerette annulaire supérieure obturée hermétiquement par un disque en matière céramique qui délimite une chambre étanche entre sa face inférieure et la queue du support, les semi-conducteurs et ses plots métal-40 lisés étant formés sur la face inférieure, c'est-à-dire sur la 71 18156 2090254 face intérieure du disque en matière céramique obturateur. Des conducteurs appropriés, partant de la face inférieure du disque en matière céramique, traversent ce disque et font saillie à l'extérieur, au-dessus de sa face supérieure découverte. Tous les éléments du circuit et les conducteurs associés nécessaires pour la vérification du bon fonctionnement du circuit électronique sont appliqués sur le disque en matière céramique obturateur avant qu'il soit scellé dans la tête du support. Ce support peut être fait en tout métal ou alliage, cuivre ou aluminium de haute pureté, ou alliage de cuivre ou d'aluminium très conducteur de la chaleur, utilisé habituellement pour la construction de tels supports. Le disque obturateur peut être fait en l'une quelconque des matières céramiques utilisées comme support ou substrat des circuits électroniques ou de leurs éléments. La matière préférée pour cet usage est la glucine ou un composé comportant une forte proportion de ce corps, ce qui permet ainsi de bénéficier de sa forte conductibilité thermique. La surface latérale de ce disque en céramique peut être polie pour obtenir un meilleur contact de surface avec la collerette métallique de la tête du support. Le disque céramique obturateur peut être scellé dans la collerette de la tête du support par repoussage, montage à chaud ou frettage par soudure tendre et (ou) par cimentation à l'aide d'une résine. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui va suivre, description faite à titre purement explicatif et nullement limitatif, et avec référence aux dessins annexés sur lesquels : - la Figure 1 est une vue en écartelé, avec coupes partielles, des parties constitutives d'un dispositif semi-conducteur comportant un boîtier conforme à l'invention; - la Figure 2 est une vue en plan du disque en matière céramique montré sur la figure 1; et - la Figure 3 est une vue avec coupe axiale partielle du dispositif de la figure 1 après son assemblage. Le dispositif conforme à l'invention comprend un disque en matière céramique 10 et un support 20 formant boîtier et qui porte en saillie sur sa tête 22 une collerette annulaire 21 71 18156 2090254 qui délimite, au-dessus de cette tête une chambre en forme de cuvette. De préférence, et comme on l'a représenté, la collerette 21 fait partie intégrante de la tête 22 du support 20, mais elle peut aussi bien, si on le désire constituer une pièce 5 séparée assemblée ensuite à la tête du support. De préférence aussi, cette collerette 21 forme intérieurement un épaulement 26 qui maintient en position le disque 10, mais cet épaulement 26 peut être supprimé, si on le désire. La partie inférieure 23 du support 20Jen forme la queue, peut porter un filetage 24-. 10 Le disque 10 est percé d'un nombre prédéterminé de trous, 11, 12 et 13 dans lesquels sont respectivement scellés, par brasure par exemple, des broches métalliques 14, 15 et 16. Ces broches sont en général faites en nickel, et les procédés permettant de les sceller dans le disque en céramique sont bien 15 connus du technicien. La face inférieure du disque 10 porte un semi-conducteur 30 et les éléments 31» 32 et 33 de son circuit électronique. La surface latérale 17 de ce disque s'engage à serrage dans la partie de plus grand diamètre intérieur de la collerette 21. Les procédés qui permettent de former des élé— 20 méats de circuit sur la surface d'un disque en matière céramique, et d'y fixer un semi-conducteur, sont également bien connus des spécialistes. Le dispositif représenté sur: les figures 1, 2 et 3 est construit en préparant d'une part un support monobloc en alu-25 gHrn'nw muni de la collerette 21 décrite, et d'autre part un disque 10, par fusion d'une composition constituée essentiellement par de la glucine (BeO) la surface latérale 17 de ce disque pouvant se loger à serrage dans la partie supérieure de la collerette 21 en venant s'appliquer contre 1'épaulement 26. Un 30 circuit électronique approprié est formé sur la face inférieure du disque 10, le semi-conducteur y est fixé, par brasure par exemple, et les broches 14, 15 et 16 sont scellées respectivement dans les trous 11, 12 et 13 du disque 10. Ensuite, le circuit semi-conducteur ainsi réalisé sur le disque 10 est véri-35 fié et, si le résultat de cette vérification est satisfaisant, le disque est mis en place dans la collerette 21 et scellé par sertissage, avec ou sans utilisation d'une soudure tendre, d'une brasure ou d'un ciment résineux. Par suite du contact intime entre la paroi latérale 17 du disque 10 et la paroi inté- 71 18156 2090254 rieure de la collerette 21, et de la haute conductibilité thermique de la glucine, le dispositif ainsi réalisé présente une capacité adéquate de dissipation de la chaleur dégagée par le semi-conducteur en cours d'opération, cependant que les 5 éléments du circuit sont bien scellés et protégés dans la chambre comme le montre la figure 3. on Ainsi qu Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au 15 mode de réalisation décrit, mais s'étend à toutes les variantes conformes à son esprit. r 71 18156 5 2090254 REVEND!CATI QHS 1 - Boîtier pour semi-conducteurs, essentiellement formé par un disque électriquement isolant et par un support métallique conducteur de la chaleur, ce boîtier étant caractérisé en ce que le support qui en constitue l'un des éléments forme une tête por tant une collerette annulaire qui délimite dans cette tête une chambre en forme de cuvette, le disque qui en constitue l'autre élément se loge à serrage dans la partie supérieure de ladite collerette annulaire, et poriant sur sa face inférieure un circuit semi-conducteur, ce disque est scellé dans ladite collerette annulaire de façon que le circuit semi-conducteur soit hors de contact avec le support, et en ce qu'il y est prévu des éléments qui permettent de connecter à des éléments extérieurs le circuit porté par la face inférieure du disque. 2 - Boîtier selon la Revendication 1, caractérisé en ce que ladite collerette annulaire fait partie intégrante du support métallique . 3 - Boîtier selon la Revendication 1, caractérisé en ce que ladite collerette annulaire forme intérieurement un épaulement qui fixe la position du disque dans la tête du support. 4- - Boîtier selon la Revendication 1, caractérisé en ce que le disque est constitué essentiellement par de l'oxyde de béryllium ou glâcine. 5 - Procédé de fabrication d'un composant semi-conducteur du type comportant un semi-conducteur et son circuit formés sur un disque électriquement isolant scellé dans une chambre formée par un support métallique constituant une source froide, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes préparation d'un support comportant une tête au-dessus de laquelle une collerette annulaire délimite une chambre en forme de cuvette ; préparation d'un disque en matière céramique, électriquement isolant, percé d'au moins un trou qui le traverse entre sa face inférieure et sa face supérieure, et dont la paroi latérale àe loge à serrage dan^la partie supérieure de la collerette du support; '«formation d'un circuit semi-conducteur sur la face inférieure dé ce disque j 6 71 18156 2090254 brasage d'au moins un élément conducteur dans le trou percé dans le disque, et connexion de cet élément conducteur au circuit semi-conducteur ; essai du circuit ainsi constitué ; puis 5 scellement du disque dans la partie supérieure de la collersfc-te annulaire du support, la face inférieure de ce disque et le circuit semi-conducteur qu'elle porte étant ainsi enfermés de manière étanche dans ladite chambre en forme de cuvette.