Brevet FR2121454A1 — publié le 19720825

La présente invention qui se rapporte aux enceintes d'encapsulation pour microcircuits concerne un bottier métallique plat perfectionné pour ltencapsula- tion de m#crocircuits. Les bottiers métalliques plats de tvpe connu, utilisés pour les microci-rcuits, constituent une enceinte formée par l'cssemblage étanche d'un corps métallique en deux pièces; la première pièce est désignée ici par le terme de "socle", la deu xième pièce est dite "couvercle". la face supérieure externe du socle et la face inférieure du couvercle comportent chacune,en regard l'une de l'autreaune aire de contact spécialement usinée pour favoriser un bon contact du ccuvercle sur le socle lors de la fermeture du bottier.Une troisième pièce, intermédiaire aux deux pièces du bottier, dite "préforme'} est destinée à assurer l'assemblage étanche par soudure des deux pièces du corps métallique entre elles lors de la fermeture du bottier. Le socle évidé reçoit le microcircuit à protéger ; une pluralité de connexions conductrices, électriquement isolées par des scellements verre-métal,traversent de façon étanche au moins l'une de ses parois. Le couvercle a memt forme et dimensions extérieures que le socle auquel il est superposable. La préforme est le plus souvent constituée par une plaquette métallique mince,façonnée aux formes et dimensions de l'aire de contact prévue. Elle est faite d'un matériau apte à constituer avec le métal du bottier une liaison étanche par soudure obtenue sous ltaction d'un traitement thermique,non préjudiciable au microcircuit. Couramment, or utilise le kovar pour le corps du bottier, ce qui permet, de façon classique, les scellements aux verres borosilicates. Le kovar est recouvert d'une couche d'or par dépôt galvanique, ou autre. La préforme est contituée par un alliage tel l'or-étain qui se soude directement au kovar doré à une température voisine de 5500C non préjudiciable à la qualité du microcircuit. La forme générale du bottier est assez souvent celle d'un parallélipipède évidé; deux des parois latérales du socle sont souvent utilisées pour ménager les traversées des connexions assurées par scellement verre-métal au kovar. Ce procédé de fabrication usuel comporte plusieurs inconvénients liés principalement à l'apport de soudure qu'il nécessite pour assurer la liaison étanche du couvercle sur le socle du bottier. Le choix du matériau d'apport est limité par ltexigence de soudabilité parfaite au kovar doré et,ce,à une température peu élevée. L'épaisseur de la plaquette de préforme doit être aussi faible que possible.Le cycle de température de l'opération de soudure de la fermeture du bottier est étroitement lié à ne pas dépasser une température limite voisine de 5500C et à ne durer que le moins de temps possible. n convient en effet d'éviter tout échauffement préjudiciable aux qualités du microcircuit au cours de l'opération de fermeture du bottier ; cette condition est d'autant plus difficile à tenir que les dimensions du bottier plat sont réduites et que l'aire de contact prévue jouxte l'espace évidé qui reçoit le microcircuit.C'est pourquoi, pour remédier à ces inconvénients, la présente invention prévoit pour l'encapsulation de microcircuitsun bottier plat perfectionné comprenant un corps métallique en deux pièces: un socle apte à recevoir le microcircuit et ayant au moins une de ses parois traversée par une pluralité de connexions isclées,scellées de façon étanche à ladite paroi, un couvercle apte à être assemblé au socle de façon étanche par superposition selon une aire de contact, dans lequel l'épaisseur de paroi du socle comporte au moins une région amincie constituée en contour fermé et située entre l'aire de contact et le microcircuit. La gorge constituée par la région amincie forme une barrière de conduction -calorifique qui protège le microcircuit lors de ltéchauffement de l'aire de contact. Il résulte de cette disposition avantageuse une possibilité d'accrottre la température maximale sur l'aire de contact sans nuire aux qualités du microcircuit à encapsuler. Par suite,il devient possible d appliquer d'autres techniques d'assemblage, connues en eiles-mêmes, mais absolument inapplicables à la fermeture des bottiers classiques. Aussi, selon une seconde caractéristique, l'invention prévoit un procédé d'escapsulation de microcircuit dans un bottier plat perfectionné comportant une barrière de conduction, comprenant une opération de soudure du couvercle au socle par apport d'énergie délivrée sur le pourtour du couvercle suivant l'aire de contact. un Selon une troisième caractéristique l'invention prévoit un procédé d'encapsulation de microcircuit dans un bottier plat perfectionné comportant une barrière de conduction.comprenant une opération de soudure du couvercle au socle par arc à l'argon l'énergie nécessaire étant délivrée sur le pourtour du couvercle suivant l'aire de contact. Selon une quatrième caractéristique, l'invention prévoit un procédé d'encapsulation de microcircuit dans un bottier plat perfectionné comportant une barrière de conduction comprenant une opération de soudure du couvercle au socle par apport d'énergie électrique délivrée sur le pourtour du couvercle suivant l'aire de contact ; lténergie électrique peut être fournie par une source continue ou haute fréquence. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée d'un mode de réalisation qui va suivre. la description illustrée de dessins n'est donnée qu'à titre indicatif, nullement limitatif de l'invention. Parmi les dessins la figure 1 représente la vue en coupe transversale d'un mode de réalisation du bottier perfectionné, La figure 2 représente la vue partielle en coupe transversale d'un autre mode de réalisation du bottier perfectionné. La figure 3 représente une vue partielle en perspective cavalière d'un mode de réalisation du bottier plat perfectionné. Un premier mode de réalisation de l'invention est illustré par la vue en coupe transversale de la figure 1. Le boîtier perfectionné a la forme d'un parallélipipède évidé. Il comporte dtune part, un socle l,6 et.d'autre part, un couvercle représenté en 3. L'évidement 11 sert d'abri au microcircuit non figuré. paroi de base du socle est représentée en 6, la paroi latérale est figurée en 1. L'aire de contact qui doit constituer la surface d'assemblage du couvercle sur le socle est située sur la face supérieure 7 de la paroi latérale du socle et intéresse la face inférieure du couvercle 3 dans la zone 7',en regard de la face supérieure 7 de la paroi latérale du socle. Selon l'invention à proximité de l'aire de contact 7,on prévoit en 4 une région d'amincissement dans l'épaisseur de la paroi latérale 1 nar usinage d'une gorge formant un contour fermé sur le pourtour du socle du bottier. La figure 3 fournit une vue en perspective cavalière du boîtier perfectionné ainsi réalisé. Les connexions multiples sont constituées par des conducteurs électriques fins, tel le conducteur 2.Chaque connexion, tel 2, est isolée électriquement tant du bottier lui-m#me que des autres connexions grâce au scellement 12,qui est un scellement verre-métal et peut être réalisé par exemple selon le procédé décrit dans le brevet français n0 1 593 644 du 15 Novembre 1968 de la demanderesse. la gorge 4 constitue une barrière de conduction pour l'écoulement des calories développées au niveau de l'aire de contact 7 - 7' au moment de l'assemblage du couvercle sur le socle. Grâce à la présence de cette barrière de conduction, la limite maximale de température pour l'opération d'assemblage d'un bottier perfectionné est avantageusement reculée en comparaison de la limite maximale de température admissible pour l'opération d'assemblage d'un bottier classique de mêmes dimensions. Pour un boîtier classique de forme carrée d'unpoucede caté (25,4) mm en kovar doré ayant un volume utile de (19 > 4 x 19,4 x 3) mm#. l'opération de soudure du couvercle sur le bottier-avec préforme intermédiaire d'or-étain ne doit pas dépasser la température de 3500C sur le couvercle. Le cycle thermique comprenant la montée en température, le palier > ,C C et le retour à la température ambiante ne doit pas dépasser 60 secondes. Au cours de la fermeture, la température du fond du bottier reste inférieure à î8o0c. Pour un bottier gerwectionné de forme et dimensions identiques au bottier classique ci-dessus décrit, la température du fond du bottier reste inférieure à 1800C pendant une opération d'assemblage du couvercle sur le fond qui-peut dépasser largement 3500C sur l'aire de contact. Le recul spectaculaire de la limite maximale de température admissible sur aire de contact procure un avantage considérable pour le choix d'une méthode de fermeture du boîtier, c'est-à-dire # d'encapsulation de microcircuit en bottier plat dit "fIat-package". Un apport d'énergie considérable. capable de procurer une élévation importante de la température du couverclc et de l'aire de contact devient admissible. En particulier, sans préforme ni apport de soudure, on a réalisé la fermeture du couvercle sur un bottier perfectionné aux dimensions#précisées ci-dessus par soudure directe des pièces à l'arc sous argon. Cette soudure dite communément soudure "argon- c" a donné d'excellentsrésultats, les qualités du microcircuit sont parfaitement conservées. Le succès de cette expérience prouve l'efficacité de la barrière de conduction constituée par la région amincie, selon l'invention, car sur un bottier classique l'application d'une technique de fermeture par soudure argon-arc est rigoureusement impraticable. Pour compléter ces expériences, on a également essayé d'appliquerles techniques de soudure électrique et de soudure par énergie haute fréquence à la ferme ture du bottier perfectionné. Les résultats ont été également concluants. La fermeture obtenue a des qualités d'étanchéité et de reproductibilité excellentes. Comme la fermeture par soudure argon-arc > ces techniques sont impraticables sur le bottier classique de mêmes dimensions. Ces expériences montrent que le résultat est indépendant de la nature de l'énergie apportée. L'emploi du boîtier perfectionné autorise l'élargissement des techniques de fermeture étanche du bottier il permet le recul des limites de température admissible sur l'aire du contact surtout il permet de réaliser la soudure directe des deux pièces de kovar en évitant l'apport de matériau de soudure. La région amincie formant barrière de conduction peut betre réalisée selon des modes très divers. A titre de second exemple de réalisation parmi d'autres, on peut envisager une structure de paroi de socle de boîtier constituée par un assemblage de pièces de dimensions extérieures appropriées~obtenu par superposition. La vue en coupe transversale partielle de la figure 2 illustre un tel mode de réalisation. Le bottier perfectionné qui est supposé aux mêmes formes et dimensions que le bottier décrit dans le premier exemple, comporte une paroi latérale 1' de hauteur réduite et d'épaisseur uniforme. Une pièce intermédiaire 9 de moindre épaisseur est usinée aux dimensions intérieures de la paroi lt; elle est de hauteur faible. Enfin une troisième pièce représentée en 10 est usinée aux mêmes dimensions intérieures et extérieures de la paroi lt. La pièce 9 doit être placée sur la face supérieure 8 de la paroi lt, la pièce 10 doit être superposée sur la face supérieure de la pièce intermédiaire 9.La hauteur totale de l'empilage 1', 9 et 10 doit oestre identique à celle de la paroi latérale 1, 5 de la figure 1. Les deux assemblages 1' - 9 et 9 - 10 sont réalisés par une technique classique , par exemple par brasure au cuivre. Une fois l'#ssemblage obtenu , la région amincie selon l'invention se trouve ménagée entre la face 8 de la paroi latérale 1' et la face inférieure de la pièce 10. Cette région amincie joue le même rôle que la gorge 4 des figures 1 et 3 et procure les mêmes avantages. D'autres possibilités de réalisation peuvent autre mises à profit sans sortir des limites de l'invention. n ressort de la description des deux modes de réalisation exposés cidessus que la fabrication du boîtier plat perfectionné pour microcircuit selon l'invention apporte aux techniques d'encapsulation des microcircuits un notable élargissement des méthodes applicables, des possibilités nouvelles de fabrication en série tout en assurant le maintien des qualités de fiabilité des microcircuits. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec des exemples particuliers de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. REVENDICATIONS 1. Boitier plat perfectionné pour ltencapsulation de microcircuit comprenant un corps métallique en deux pièces : d'une part un socle apte à recevoir le microcircuit et ayant au moins une de ses parois traversée par une pluralité de connexions isolées et scellées de façon étanche, d'autre part un couvercle apte à etre assemblé au socle de façon étanche par superposition selon une aire de contact, caractérisé en ce que ltépaisseur de paroi du socle comporte au moins une région amincie constituée en contour fermé et située entre l'aire de contact et le microcircuit. 2. 2. Procédé d'encapsulation de microcircuit dans un boîtier plat perfectionné selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une opération de soudure du couvercle au socle par apport d'énergie délivrée sur le pourtour du couvercle suivant l'aire de contact. 3. Procédé d'encapsulation de microcircuit dans un bottier plat perfectionné selon la revendication 1, comprenant une opération de soudure selon la revendication 23caractérisé en ce que l'énergie apportée est délivrée par un arc à l'argon. 4. Procédé d'encapsulation de microcircuit dans un bottier plat selon la revendication 4comprenant une opération de soudure selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'énergie apportée est délivrée par une source électrique continue ou à haute fréquence alternative.