Brevet FR2125482A1 — publié le 19720929

L'invention concerne des enveloppes de circuit, et plus particulièrement les pattes qui supportent de telles enveloppes, l'invention concerne également des méthodes de fabrication de ces pattes de support. 5 Dans l'état actuel de la technique connue, les boîtiers pour circuits, par exemple pour circuits électroniques intégrés du type à semi-conducteurs, ont besoin de sorties pour les signaux que lesdits circuits ont à échanger avec des circuits extérieurs. Ces sorties servent en outre de liaison mécanique robuste avec de tels 10 circuits extérieurs. Les parties de ces sorties extérieures au boîtier ont en général la forme de pattes, distribuées par groupes avec un pas ou intervalle constant sur la base du boîtier dans lequel les circuits intégrés sont montés. Ces pattes assurent le montage mécanique et les interconnexions électriques du boîtier avec, par 15 exemple, un panneau de circuit imprimé ; les pattes sont insérées et soudées dans des trous conducteurs dudit panneau distribués au même pas que les pattes ; on peut aussi souder les pattes sur de petites surfaces ou platines conductrices distribuées sur le panneau au même pas que les pattes. 20 Pour la bonne fixation de l'enveloppe sur un panneau de cir cuit, ces pattes doivent avoir une certaine robustesse mécanique. Dans des types connus de boîtiers, on obtient cette robustesse en découpant une bande de métal en la forme des interconnexions, puis en fixant cette découpe de métal sur la base en céramique. Les 2 5 pattes pour les connexions du boîtier sont constituées par des pieds de la découpe qui dépassent des bords de la base et qui sont ensuite coudés. Mais ce système présente le grave inconvénient que, en conséquence de la faiblesse mécanique du soudage métal-céramique, les forces exercées sur les pattes pour les couder peuvent détacher 30 de la base-support le circuit métallique. Dans un autre type connu de boîtier, le circuit d'interconnexions du substrat céramique est obtenu par impression sous écran d'un matériau conducteur sur la base céramique ; on obtient ainsi une solide liaison entre ce circuit d'interconnexion et la base-support, 3 5 mais la liaison entre la patte et la base elle-même est moins sûre et moins forte parce que les pattes sont découpées dans une bande de métal et doivent être soudées au métal des conducteurs imprimés. Gomme les pattes sont relativement épaisses, leur soudage sur la métallisation imprimée est délicat et exige un apport de matériaux ; 40 en outre il faut couder les pattes après leur soudage et ce coudage, 72 05039 2 2125482 qui est exécuté très près du soudage, produit des tensions et des criques dans les jonctions soudées qui diminuent la force mécanique de la connexion. L'invention a pour but d'éliminer les susdits défauts et incon-5 vénients. Selon l'invention, les pattes sont faites suffisamment minces, dans la zone de leur soudage sur les conducteurs imprimés de la base, pour qu'on puisse utiliser les techniques de soudage rapide, par exemple par chauffage et serrage ou par décharge électrique ; 10 cette minceur s'étend à la zone de coudage : ainsi le coudage ne dégrade pas les jonctions soudées parce qu'il ne faut qu'une faible force pour couder la partie amincie de la patte. La réalisation de l'invention comprend la fabrication d'une bande de pattes découpée, à partir de feuilles métalliques, par 15 découpage chimique selon un procédé photolithographique. Les pattes de connexions externes pour les enveloppes de circuits sont fabriquées en languettes de métal conducteur, à souder par une extrémité aux plats conducteurs existant dans ladite enveloppe. Les plats forment les parties périphériques élargies des 20 conducteurs imprimés qui ont été déposés sur la base. La base Supporte en outre un ou plusieurs circuits électroniques intégrés qui sont connectés aux conducteurs imprimés. La région de ladite extrémité de chaque patte est faite plus mince que le reste, ce qui rend possible le soudage desdites pattes sur lesdits plats sans 25 matériau d'apport et facilite le coudage desdites pattes après le soudage. On peut fabriquer comme suit une bande comprenant une pluralité de pattes selon l'invention : en partant d'une feuille de métal conducteur, on lui superpose, sur ses deux faces, deux masques pho-30 tographiques reproduisant la forme de ladite bande, afin de délimiter les frontières d'une photogravure exécutée par une attaque chimique; l'un des deux masques est fabriqué tel que, pendant la photogravure, les zones terminales desdites pattes sont laissées découvertes sur une face de ladite feuille pour l'attaque chimique, ce par quoi 35 l'attaque chimique sur cette face diminue l'épaisseur desdites zônes par rapport au reste de la bande. On décrira maintenant des exécutions préférées de l'invention, en se référant aux figures suivantes, données à titre d'exemples non limitatifs : 40 La figure 1 est une perspective d'un boîtier pour circuits 72 05039 3 2125482 intégrés, avec des pattes de connexions externes selon l'invention ; La figure 2 est une coupe d'une exécution du boîtier selon la figure 1 ; La figure 3 est une vue en plan d'une base contenue dans le 5 boîtier selon la figure 2 ; La figure 4a montre une bande de pattes, selon l'invention, employée dans le montage du boîtier selon les figures 1 et 2 ; La figure 4b est une coupe d'une patte selon la figure 4a ; Les figures 5a et 5b montrent respectivement deux masques 10 photographiques utilisés dans le processus d'attaque chimique pour la fabrication d'une bande de pattes selon l'invention telle que représentée figures 4a et 4b. Avec référence à la figure 1 : on décrira maintenant un boîtier, pour circuits intégrés du type à semi-conducteurs, dans 15 lequel sont montéesune pluralité de pattes de connexions externes selon l'invention, par exemple 40 pattes. Le boîtier comprend les parties suivantes (figures 2 et 3) : a) une base 1 en céramique, portant une séquence de conducteurs 8, par exemple imprimés par un procédé d'impression sous 20 écran, et disposés pour constituer une séquence d'interconnexions entre la partie centrale de la base, où sont montées une ou plusieurs plaquettes de circuit électronique intégré, et la périphérie, qui comprend une séquence de plats conducteurs 9 ; b) un jeu de pattes métalliques 3 (par exemple en bronze 25 phosphoreux, qui est étamé ou doré au moins sur une face) ; les pattes sont soudées sur les plats conducteurs 9 ; c) un capot en verre 10, qui est obtenu par des opérations successives d'impressions sous écran et recouvre lesdits conducteurs imprimés 8 entre les plats conducteurs périphériques 9 et 30 les extrémités centrales de connexion des conducteurs 8 ; d) un ou plusieurs coussins 2, imprimés dans la zone centrale de la base 1, qui portent une ou plusieurs plaquettes 6 de circuit intégré à semi-conducteur, les sorties des plaquettes sont connectées aux susdites extrémités centrales de connexion 8 sur la base, 35 par exemple au moyen de fils soudés 19 ; e) un couvercle protecteur 4, par exemple en métal, ayant un plat 5 prévu pour être soudé ou fixé sur ledit capot en verre 10 d'une façon quelconque ; f) une capsule 7 en plastique, tel qu'une silicone ou une 40 résine époxy, enveloppant tous les susdits éléments sauf les extré 72 05039 4 2125482 mités libres des pattes 3, qui sortent du boîtier pour constituer les connexions avec les circuits externes ; cette capsule est prévue pour augmenter la robustesse du boîtier et sa résistance à l'humidité ; la capsule 7 est spécialement importante dans le cas où le 5 joint soudé entre le couvercle 4 et le capot en verre 10 n'est pas étanche à l'air. On décrira maintenant en détail les pattes 3 de connexions externes. Chaque boîtier est doté de quatre groupes de pattes, un groupe 10 pour chaque côté, qui réalisent les connexions entre la base sur laquelle sont disposés les circuits intégrés et les panneaux de circuits imprimés sur lesquels on doit monter le boîtier. Avec le type de boîtier représenté, un accord précis entre les coefficients de dilatation des matériaux de la base et des pattes 15 n'est pas nécessaire, et il est donc suffisant d'employer pour les pattes ion matériau présentant une haute résistance à l'oxydation et une bonne usinabilité mécanique et chimique. Avec référence à la figure 4a : la Demanderesse a constaté qu'on obtient les meilleurs résultats en employant des bandes de bronze 2 0 phosphoreux, usinée de telle sorte que la direction du coudage (ligne tiretée 13) de la patte est perpendiculaire à la direction 12 de laminage du métal. Le boîtier décrit, qui a 40 sorties, emploie deux différents types de groupes de pattes, deux groupes comprenant chacun neuf 2 5 pattes pour les petits côtés, et deux groupes comprenant chacun onze pattes pour les grands côtés. On peut employer, pour les bandes à partir desquelles on formera les pattes, une épaisseur de, par exemple, 0,25 mm. Les pattes selon 1'invention sont plus minces dans la zone ter-30 minale prévue pour le soudage sur les plats conducteurs 9 (figures 2 et 4b), afin de permettre le soudage sans apport de matériau et de faciliter le coudage ultérieur de la patte. Cet amincissement élimine déformation et ruptures, à la fois du métalcfe la patte et des connexions soudées,pendant l'opération de 35 coudage, qui est normalement exécutée après avoir effectué le soudage de la patte. L'enveloppe avec ces pattes en partie amincies n'est pas plus faible qu'une enveloppe avec des pattes d'épaisseur ordinaire parce que la capsule 7 en plastique englobe et supporte les parties amincies. 40 Les pattes sont fabriquées en groupes, chaque groupe étant une 72 05039 5 2125482 bande découpée, obtenue, par découpage chimique selon un procédé électrolithographique, à partir d'une bande de bronze phosphoreux. La méthode de fabrication d'une bande de pattes selon l'invention diffère de la technique connue qui emploie un simple découpage de 5 la patte. On ne peut pas utiliser un procédé de découpage pour fabriquer des pattes de connexion qui puissent être soudées par les techniques à haute vitesse (c'est-à-dire sans apport de métal de soudure et sans opération préliminaire recouvrant la patte de métal soudable, par exemple un pré-étamage). 10 En fait, l'épaisseur la meilleure pour un bon soudage de la patte sur les plats conducteurs de la base par chauffage et serrage est de l'ordre de 50 microns, tandis que l'épaisseur convenable pour une bonne raideur de la patte au montage est au moins de 0,25 mm. La diminution de l'épaisseur de la zone terminale de la patte 15 est obtenue en laissant une face de cette zone découverte pendant l'usinage de la bande par attaque chimique. Plus particulièrement, on obtient une bande découpée comprenant une pluralité de pattes de connexion en partant d'une bande de métal conducteur (de préférence du bronze phosphoreux), sur les deux faces 20 de laquelle on pose deux masques photographiques (figures 5a et 5b) reproduisant la forme de la bande découpée afin d'en délimiter les contours au moyen d'une opération photolithographique. La figure 5a montre l'un des deux masques, qui a la forme d'une bande de 9 pattes (figure 4a) ; la figure 5a montre l'autre masque, qui n'a qu'en 25 partie la même forme, les zones au-dessus de la ligne 14 (de la figure 4a) étant omises ; ces zones forment les parties amincies de la patte, qui sont utilisées pour le soudage de la patte sur les plats conducteurs 9. Les parties hachurées des figures 4a et 4b représentent la partie opaque du film photographique, et les parties 30 non hachurées 19 et 21 représentent les parties translucides. Les deux masques travaillent comme négatifs photographiques de la bande de pattes à découper. Bien entendu les mises en place des deux masques sur les deux faces opposées de la bande initiale exigent un centrage réciproque des deux formes. 35 Pendant la photoreproduction des tracés des deux masques 17 et 20 sur les deux faces opposées de la bande initiale de métal conducteur, les masques 17 et 20 travaillent comme des protecteurs, dans le procédé photolithographique, pour les parties de la bande correspondant aux pleins des masques. De façon bien connue, la 40 technique d'érosion comprend les phases suivantes : enduire la 72 05039 6 2125482 bande initiale d'un matériau photodurcissant, placer les masques sur l'enduction, exposer à la lumière les surfaces enduites définies par les parties translucides des masques, enlever l'enduction qui n'a pas été éclairée, et soumettre la bande à une attaque chimique.Le 5 traitement chimique, exécuté avec des agents appropriés, produit une érosion chimique de la bande initiale, simultanément sur ses deux faces dans les zones non protégées ce qui agit sur la totalité de l'épaisseur, d'où un découpage total de la bande entière de pattes selon la figure 4a. Dans les zones terminales laissées découvertes, 10 l'érosion chimique réduit partiellement l'épaisseur de la bande ; avec les machines normalement employées en attaque chimique, on peut, en agissant sur la durée de l'attaque, obtenir une épaisseur réduite de l'ordre de 50 microns, et celà avec une tolérance de - 5 microns. La bande découpée ainsi obtenue, dont les pieds 18 des pattes 15 sont temporairement réunis par une bande 15 (figure 4a), peut ensuite être montée sur la base 1 (figure 2), en plaçant les extrémités amincies 16 sur les plats conducteurs périphériques 9 et en effectuant ion soudage direct (sans apport d'alliages de soudure) par des techniques connues (chauffage et serrage, ultra-sons, etc...). De 20 façon bien connue dans la technique, on peut disposer une mince couche d'or ou d'étain sur une face des pattes afin de faciliter ledit soudage direct. On peut ensuite facilement couder les pattes, les coudes se trouvant encore dans la zone amincie, et on coupe alors la bande 15 25 ce qui sépare l'une de l'autre les différentes pattes tirées de la même bande. Comme l'ensemble est enveloppé d'un bloc de plastique 7, l'ensemble des pattes retrouve la robustesse mécanique nécessaire au montage du boîtier à circuit intégré. On notera que, selon cette application de la méthode selon 30 l'invention, si les pattes sont montées et soudées en plaçant la zone où du métal a été enlevé en face du creux du coude, on peut, sur un boîtier de taille normale, gagner plusieurs dixièmes de millimètre sur chaque côté de la base 1. Ceci constitue un avantage, et cet avantage peut être important dans les plus avancées des applications 3 5 d'électronique hautement compactes. Les mêmes résultats que ceux décrits ci-dessus peuvent aussi être obtenus en adoptant d'autres méthodes, par exemple en employant une première phase de découpe mécanique ou d'estampage puis une opération de pressage ou d'attaque chimique des extrémités 16. 40 On peut employer d'autres méthodes de découpage chimique pour 72 05039 7 2125482 fabriquer une bande de pattes de connexion ; dans ces autres méthodes on part d'une plaque de métal conducteur et on utilise -une paire de masques photographiques du type décrit. On décrira ci-après les différentes phases de deux méthodes 5 qui combinent le découpage chimique et le dépôt électrolytique sur la plaque métallique de base d'une couche d'un autre métal conducteur. Cette couche déposée pourra avoir l'épaisseur des parties amincies de la bande de patte, étant donné que les opérations ultérieures de l'attaque chimique donneront une bande dont la partie amincie 10 de chaque patte sera formée uniquement par la couche déposée électro-lytiquement. Le métal déposé doit être choisi ayant les mêmes avantages que le bronze phosphoreux de la plaque de base, à la fois au point de vue soudabilité et au point de vue coudage de la patte. En outre le métal déposé doit résister aux réactifs chimiques em-1 5 ployés pour attaquer la plaque de base, de façon à permettre deux érosions successives par des découpages chimiques différents ; c'est-à-dire, si des attaques chimiques des deux types de matériau métallique sont exécutées successivement, chaque matériau doit être résistant au réactif chimique qui attaque l'autre. Par exemple, 20 avec une plaque en bronze phosphoreux, on peut employer du nickel comme métal conducteur déposé électrolytiquement. Dans un procédé selon l'invention, une première phase comprend le dépôt électrolytique d'une couche de métal conducteur sur une face de la plaque de base, ce dépôt ayant la forme du premier masque 25 photographique (figure 5a) qui représente la forme géométrique de la bande découpée. Le masque selon la figure 5a est posé sur une face de la plaque, et le dépôt électrolytique n'a lieu que sur la surface de la plaque définie par les vides du masque. Dans la phase suivante, l'érosion est effectuée par attaque 30 chimique de la plaque de base sous le deuxième masque photographique (figure 5b), qui est placé sur l'autre face de la plaque de base et qui représente la forme géométrique de la bande découpée moins les régions diminuées des pattes ; on laisse 1'attaque agir sur toute l'épaisseur de la plaque de base et on ne l'arrête que seule-35 ment lorsqu'elle atteint le dépôt électrolytique. Les extrémités des pattes sont ainsi minces puisqu'elles comprennent uniquement le dépôt électrolytique tandis que les autres parties des pattes comprennent le dépôt électrolytique plus la plaque de base. Dans un autre procédé selon l'invention, la première phase 40 comprend le dépôt électrolytique d'une couche de métal conducteur 72 05039 8 2125482 sur une face entière de la plaoue de base. Ensuite on applique aur la plaque les deux masques photographiques (figures 5a et 5b), le premier masque (figure 5a) étant placé sur la face de la plaque de hase qui a reçu le dépôt électrolytique et le deuxième masque sur 5 l'autre face. L'érosion est alors exécutée par une attaque chimique qui est différente pour la couche de base et pour la couche déposée: de façon plus précise, la plaque de base est érodée sur son épaisseur sous la conduite du second masque, ceci donnant le profil des pieds 18 des pattes avec une épaisseur égale à celle du métal de la 10 plaque de base ; d'autre part, la couche déposée électrolytiquement est érodée sur son épaisseur sous la conduite du premier masque, ceci donnant le profil complet de la bande découpée, avec les pieds 18 constitués par deux couches de métal tandis que les extrémités 16 des pattes sont constituées seulement par la couche de métal 1 5 électrolytique. Il est évidemment possible de modifier la combinaison particulière des procédés de dépôt électrolytique et d'érosion photolithographique. L'obtention d'une bande de pattes avec des zones amincies prévues pour la fixation sur la base d'un boîtier de cir-20 cuit constitue l'essentiel de l'invention, et en conséquence la technique particulière employée peut différer de celles décrites sans sortir du cadre de l'invention. 72 05039 9 2125482 REVENDICATIONS 1.- Sorties pour enveloppe de circuit intégré, l'enveloppe comprenant un substrat, un réseau conducteur porté par ledit substrat, une pluralité de sorties constituées par des pattes 5 connectées audit réseau, et une capsule entourant le tout à l'exception des extrémités des pattes qui sont laissées libres pour la fixation sur une proche circuiterie externe, caractérisées en ce que lesdites pattes ont une partie sensiblement plus mince que le reste de la patte, ladite partie étant fixée audit réseau. 10 2.- Sorties selon la revendication 1, caractérisées en ce que ladite partie mince a une épaisseur de 45 à 55 microns et est fixée audit réseau par des techniques de soudage sans apport de matériau. 3.- Sorties selon la revendication 1, caractérisées en ce que ladite partie mince desdites pattes est coudée et est enrobée dans 15 ladite capsule. 4.- Sorties selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisées en ce que ladite partie mince est formée en couvrant avec un revêtement protecteur les deux faces desdites pattes à l'exception sur une face de la partie qui sera la partie mince et en soumettant 20 lesdites pattes à une attaque chimique qui enlève des couches de métal aux parties non protégées. 5.- Sorties selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisées en ce que ladite partie mince est obtenue, d'abord en déposant électrolytiquement une mince couche de métal sur toute une face du 25 métal desdites pattes, puis en enlevant chimiquement le métal desdites pattes de cette partie du métal électrolytiquement déposé qui sera la partie mince. 6.- Méthode pour fabriquer une bande de pattes de sorties selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle on place deux 30 masques photographiques chacun sur une face d'une feuille de métal conducteur, lesdits masques reproduisant la forme de ladite bande afin de définir les frontières d'une opération ultérieure de photogravure exécutée par attaque chimique, caractérisée en ce que l'un desdits masques est construit de telle sorte que pendant l'opéra- 35 tion de photogravure du dessin de ladite bande sur ladite feuille de métal il laisse exposées à l'attaque chimique les zones terminales desdites pattes sur un côté de ladite feuille, ce par quoi l'opération d'attaque chimique sur ladite face diminue l'épaisseur desdites zones par rapport au reste de la bande. 40 7.- Méthode pour fabriquer une bande de pattes de sorties 72 05039 10 2125482 selon l'une des revendications 1 à 3, dans laouelle on place deux masques photographiques chacun sur une face d'une feuille de métal conducteur, lesdits masques reproduisant le dessin de ladite bande, caractérisée en ce qu'elle comprend les phases suivantes : 5 a) dépôt électroyltique sur une face de la feuille d'une couche d'un métal conducteur résistant aux réactifs chimiques attaquant le métal de la feuille, sous la conduite de l'un des deux masques qui délimite la forme géométrique complète de ladite bande ; b) érosion de ladite feuille par attaque chimique sur l'entière 10 épaisseur de la feuille sous la conduite de l'autre masque, qui est placé sur l'autre face de ladite feuille et protège la forme géométrique de la bande sauf les zones correspondant à ces extrémités desdites pattes qui seront fixées sur une métallisation placée sur un substrat de ladite enveloppe de circuit, ladite attaque chimique 15 amincissant lesdites zônes par rapport au reste de la bande découpée. 8.- Méthode pour fabriquer une bande de pattes de sorties selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle on place deux masques photographiques chacun sur une face d'une feuille de métal conducteur, 20 lesdits masques reproduisant le dessin de ladite bande, caractérisée en ce qu'elle comprend les phases suivantes : a) dépôt électrolytique sur une face de la feuille d'une couche d'un métal conducteur résistant aux réactifs chimiques attaquant le métal de la feuille, ledit dépôt électrolytique revêtant toute ladite 25 face ; b) application desdits deux masques sur les deux faces de la feuille ; c) érosion de la feuille par attaque chimique sur l'entière épaisseur de la feuille sous la conduite de l'un des masques qui 30 protège la forme géométrique de la bande sauf les zones correspondant à ces extrémités desdites pattes qui seront fixées sur une métallisation placée sur un substrat de ladite enveloppe de circuit; d) érosion de la couche électrolytique sur son entière épaisseur sous la conduite de l'autre masque qui protège la forme géomé- 35 trique complète de ladite bande, l'attaque chimique amincissant lesdites zones par rapport auœste de la bande.