Brevet FR2124508A1 — publié le 19720922

De nombreux composants électroniques, notamment les circuits intégrés à semi-conducteurs, sont traditionnellement montés dans des boîtiers de formes et de dimensions variables, réalisés en céramiques, matières plastiques, métaux, verres, 5 etc. La plupart de ces boîtiers sont conçus pour être fermés hermétiquement. Un type particulier de réalisation qui a rencontré une grande faveur dans l'industrie est en céramique métallisée avec des compositions de métaux réfractaires tels que le molybdène, le molybdène-manganèse, le tungstène, etc. Les 10 techniques de métallisation avec un métal réfractaire permettent de produire des joints hermétiques solides mais, en raison de leur faible conductibilité et de leur manque de compatibilité métallurgique avec les composants semi-conducteurs et les soudures, ces métallisations doivent être revêtues d'autres 15 métaux tels que le nickel et l'or. Bien que cette technique permette de réaliser des boîtiers hermétiquement fermés et comportant des conducteurs solides, son application est relativement coûteuse en raison du grand nombre d'opérations nécessaires. En outre, il est extrêmement difficile de recouvrir par galva-20 noplastie des régions isolées électriquement ou d'obtenir un revêtement uniforme sur des supports comportant des grandes et des petites surfaces métallisées. culièrement coûteuse dont le rendement est souvent faible. Au 25 surplus, cette opération est limitée, en ce sens que tous les métaux ne sont pas susceptibles d'être déposés correctement. L'utilisateur de boîtiers de semi-conducteurs se trouve souvent en face de certains problèmes de compatibilité. L'utilisation bien connue de boîtiers dorés qui doivent s'adapter à des fils . 30 d'aluminium venant d'un composant semi-conducteur rend plus aigu un problème de compatibilité bien connu. Lorsque cette combinaison or-aluminium est soumise à des températures élevées, il peut se former certains composés intermétalliques qui altèrent la solidité et la fiabilité de la. liaison métallurgique Il existe d'autres procédés de métallisation de céramique, tels que la métallisation en couche mince par projection ou évaporation, et la formation de couches épaisses d'un métal Le revêtement électrolytique est une opération parti- 35 entre l'aluminium et l'or.Ce phénomène pourpre"» 72 03865 2124508 précieux, mais ces deux techniques comportent des limitations dans le montage des semi-conducteurs. En particulier, les matières de la famille des "couches épaisses" conviendraient très bien à la réalisation de boîtiers de semi-conducteurs. 5 Ces matières, auxquelles s'appliquent facilement certains procédés tels que la sérigraphie, peuvent être utilisées sur des supports diélectriques, traitées à des températures nettement inférieures à celles nécessaires aux métaux réfractaires, et ne nécessitent aucun revêtement électrolytique. Sur le plan 10 économique, il serait souhaitable d'utiliser des matières en couches épaisses pour le montage des semi-conducteurs, si on ne se heurtait à des limitations spécifiques. Une limitation particulièrement importante des matières en couches épaisses réside dans le fait qu'elles ne conviennent pas à la fixation 15 des cadres de liaison par le procédé traditionnel de brasure aux alliages à point de fusion élevé (700^ à 8002C) en atmosphère réductrice. L'atmosphère réductrice provoque la décomposition de la phase vitreuse d'une matière en couche épaisse et la brasure fondue, dans laquelle les métaux précieux sont très 20 solubles, enlève ces derniers du support par lixiviation. Il existe des procédés de liaison qui ne soulèvent pas ces difficultés mais qui présentent d'autres limitations. En particulier, on peut essayer d'utiliser les procédés de soudage, mais les points de fusion des soudures sont très inférieurs aux 25 températures des traitements ultérieurs. Par exemple, une soudure courante compatible avec les matières en couches épaisses fond au maximum aux alentours de 3002C, c'est-à-dire à 1502C environ au-dessous des températures que le boîtier devra subir pendant la fixation de la plaquette de semi-conducteur par fu-30 sion de la phase eutectique or-silicium. Si un cadre de liaison de type courant a été fixé au boîtier par une soudure tendre, cette dernière fond et le cadre de liaison se détache pendant l'opération d'insertion de la plaquette de semi-conducteur dans le boîtier. 35 II est donc souhaitable de réaliser des boîtiers avec en des motières/couches épaisses, mais il est nécessaire de disposer d'un cadre de liaison qui, lorsqu'il est fixé, supporte les conditions des opérations suivantes et assure une grande soli 72 03865 3 2124508 dite aux connexions. Le cadre de liaison selon l'invention a été conçu en vue de pallier les déficiences des dispositifs antérieurs. La présente invention concerne un cadre de liaison cons-5 titué d'une barre allongée portant un certain nombre de conducteurs latéraux, espacés les uns des autres et dont l'extrémité extérieure est en forme de pince. L'invention concerne également le cadre .D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre faite en regard 15 d'un mode de réalisation donné à titre explicatif et non limitatif . Sur les dessins annexés : la figure 1 est une perspective d'un cadre métallique de liaison seul et fixé à un support de céramique ; 20 la figure 2 est une élévation latérale de deux cadres de liaison fixés à un support de céramique ; et la figure 3 est une vue en plan d'un boxtier.de semiconducteur auquel est fixé un cadre de liaison. La figure 1 représente un cadre de liaison selon 11in-25 vention, constitué d'une barre 1 allongée, d'un certain nombre de conducteurs 2 latéraux, espacés les uns des autres et dont l'extrémité extérieure est en forme de pince 3. La pince comporte une extrémité inférieure 5 et une extrémité supérieure 4 en forme d'arc, terminée par une languette 6. Une languette 7,. 30 décalée latéralement, sert à arrêter la pince à une distance prédéterminée du support 8. Le cadre de liaison est fixé au support de céramique par soudage des pinces sur les surfaces de contact 9. La forme des pinces et de la languette d'arrêt 7 appa-35 raît clairement sur la vue de côté de la figure 2. Dans ce mode particulier de réalisation, le cadre 2 est placé perpendiculairement au support 8. Il faut noter que le cordon de soudure 10 augmente l'adhésion entre la pince et le support. 4 72 03865 2124508 La figure 3 représente une adaptation particulière dans laquelle le cadre de liaison est fixé à un boîtier de semiconducteur. Dans un but de simplification, la figure 9e représente que deux cadres 11 sur les côtés opposés du support de 5 céramique. Le cadre de liaison selon l'invention permet l'utilisation de matières en film épais s bague d'étanchéité métallique 12, isolant diélectrique 13, bande conductrice 14, position 15 de fixation de plaquettesde semi-conducteur et surfaces de contact 9. 10 Selon un procédé de réalisation d'un boîtier semblable à celui de la figure 3, un support de céramique est métallisé, par exemple par sérigraphie,sur le substrat avec une pâte conductrice au palladium-argent. La matière constituant le support peut être l'une quelconque des matières plastiques connues, 15 verres ou céramique, y compris alumine, oxyde de béryllium, stéatite, zircon,silicate d'aluminium, zircone, bioxyde de titane, silicate de magnésium, etc., et un certain nombre de leurs combinaisons. La matière de la couche ou du film épais peut être l'une des matières habituelles comportant des métaux 20 nobles (par exemple Pd, Pt, Ag, Au, Ru, Ir, Os, Re), des liants inorganiques (par exemple verre, constituants du verre, Bi^O^ etc.), et éventuellement un véhicule liquide. Différentes matières en film mince sont décrites dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique nS 2 490 399, 2 924 540, 3 052 573, 3 347 799, 25 3 350 341, 3 385 799, 3 413 240, 3 437 892, 3'536 508 et 3 553 109. Une couche diélectrique ou isolante peut ensuite être appliquée sur des régions déterminées du support diélectrique contenant les matières en film épais et,éventuellement, un film 30 épais métallique peut être formé en vue d'assurer 1'étanchéité. Le cadre de liaison selon l'invention permet d'utiliser des matières en film épais courantes pour réaliser différents circuits électroniques, ou des boîtiers à fermeture hermétique ou non, pouvant être connectés à d'autres éléments tels que cartes 35 de circuits imprimés, connecteurs etc. Le cadre de liaison comporte un dispositif de serrage qui le maintient en place lorsque les liaisons sont effectuées ; il n'a donc pas à être enlevé comme c'était le cas des cadres de liaison de type anté- 72 03865 2124508 rieur. Les liaisons peuvent être effectuées par tous moyens convenables. Mais, ainsi que le montrent les figures, le soudage a été préféré. Lorsque l'opération de liaison a été effectuée, la pince aide à maintenir la rigidité du cadre de 5 liaison et augmente la solidité du joint. Bien qu'elle ne soit pas absolument nécessaire, l'opération de liaison augmente la sécurité des continuités électriques entre le cadre de liaison et le support métallisé. La figure 1 représente un cadre de liaison particuliè-10 rement avantageux dans lequel une pince en forme de C, ou en forme d'arc, est solidaire de chaque élément conducteur individuel. La pince est emmanchée à force sur le support, de manière que ce dernier soit serré entre les deux parties extérieures. La pince en forme de C s'appuie sur les surfaces supé-15 rieure et inférieure du support. L'une de ces surfaces, ou les deux, peuvent porter une partie métallisée qui assure la connexion électrique avec les autres éléments placés au-dessus/ou au-dessous du support. Les conducteurs peuvent être produits sous forme individuelle mais, clanq&e nombreux cas, ils sont re-20 liés par la barre de liaison 1 allongée. Cette .dernière permet la production automatique des cadres de liaison par emboutissage progressif et les maintient à une distance correcte les uns des autresjde sorte qu'ils peuvent être introduits par groupes de deux ou plus, suivant la dimension du support de céramique 25 ou du boîtier considéré. Le cadre de liaison peut être fait de toute matière connue utilisée dans l'industrie électronique. Le Kovar , les alliages de nickel, de fer, de cobalt, de cuivre etc., en constituent des exemples. La disposition, les dimensions, la forme ou l'épaisseur 30 du dispositif de serrage peuvent être adaptées de manière à satisfaire à des exigences particulières d'ordre mécanique et/ou électrique, i^n fonction de la disposition particulière du conducteur et du dispositif de serrage utilisé, il peut être nécessaire de disposer des bandes séparées de connecteurs de -ca-35 dre sur les côtés opposés du support afin d'être sûr que les conducteurs opposés sont alignés les uns avec les autres. Le soudage du cadre de liaison sur le support peut être effectué selon les procédés habituels. Un procédé consiste à étamer les 72 03865 6 2124508 surfaces de contact du support, à mettre en place le cadre de liaison et à refondre la soudure par infrarouges ou dans un four de type courant. Un autre procédé consiste à employer une forme particulière de soudure en suspension dans un flux. La 5 pâte à souder est appliquée en bandes sur les côtés du boîtier, le cadre de liaison est mis en place et la soudure est chauffée au-dessus de son point de fusion. Un procédé de chauffage convenant particulièrement bien consiste à concentrer des rayons infrarouges qui font fondre et couler la soudure sur le 10 cadre de liaison sans chauffer indûment d'autres parties du boîtier. Un troisième procédé consiste à fixer un cadre de liaison au boîtier, à inverser ce dei'nier et à le faire passer dans une machine à souder à la vague. Le cadre de liaison peut recevoir un revêtement d'une 15 matière facilement mouillable par la soudure (par exemple étain, soudure, or etc.), de manière à assurer une bonne liaison avec le support. Il est préférable que la soudure mouille le cadre de liaison et la surface de contact du support de manière qu'un cordon uniforme de soudure 10 se forme automatiquement 20 à la bonne place. Ces cordons de soudure ajoutent à la solidité des joints. Le cadre de liaison peut être fixé sur le substrat avant ou après la mise en place du composant semi-conducteur, la soudure par eutectique, la soudure des fils et la fermeture, mais 25 il est plus simple de le fixer après ces opérations. Mais, du fait,que le cadre de liaison est maintenu en place sur un supportai- le dispositif de serrage, il peut être soudé avec des soudures dont la température de fusion est inférieure aux températures auxquelles il sera soumis dans les opérations suivan-30 tes de traitement. Le cadre de liaison selon l'invention permet d'utiliser des systèmes de métallisation de film épais meilleur marché. 11 permet de disposer des circuits sur les deux faces du support car la pince peut assurer une connexion électrique entre les 35 surfaces supérieure et inférieure . Le support et le cadre de liaison sont maintenus en position correcte sans avoir à utiliser de gabarits extérieurs. Le cadre de liaison peut être enlevé du support et fixé à nouveau dans le cas où la fixation 7 72 03865 2124508 initiale est défectueuse ou s'il doit être remplacé sans endommager le composant semi-conducteur ou la fermeture hermétique. Du fait que les éléments individuels du cadre de liaison sont reliés les uns aux autres de manière flexible, le cadre 5 peut servir à des mises sous boîtier autres que rectilignes. Par exemple, le cadre de liaison peut être disposé autour d'un boîtier curviligne. Mais le point le plus important est que, lorsqu'ils est soudé, le cadre de liaison selon l'invention offre une excellente adhérence avec le support. Ceci est dû, 10 bien entendu,à l'action conjointe de la pince et du cordon de soudure. Bien que l'invention ait été décrite et illustrée en regard d'un mode particulier de réalisation, il est bien entendu que différentes modifications de forme et de détail peuvent 15 y être apportées sans sortir de son esprit et de son cadre. 72 03865 2124508 REVENDICATIONS 1. Cadre métallique de liaison, caractérisé en ce qu'il comporte une barre allongée portant un certain nombre de conducteurs latéraux espacés les uns des autres et dont l'extré- 5 mité extérieure est en forme de pince. 2. Cadre de liaison selon la revendication 1, caractérisé en ce que la barre allongée est séparable des conducteurs. 3. Cadre de liaison selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pince comporte une extrémité supérieure 10 et une extrémité inférieure, l'extrémité supérieure ayant la forme d'un arc terminé par une languette. 4. Cadre de liaison selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque conducteur comporte une languette décalée latéralement et agencée de manière à arrêter la pince à une dis- 15 tance prédéterminée de la surface de contact d'un support. 5. Cadre métallique de liaison ajusté sur un support diélectrique, caractérisé en ce qu'il comporte une barre allongée portant un certain nombre de conducteurs latéraux espacés les uns des autres'et dont l'extrémité extérieure a la forme 20 d'une pince qui serre le support. 6. Cadre métallique de liaison ajusté et soudé sur un support diélectrique, caractérisé en ce qu'il comporte une barre allongée portant un certain nombre de conducteurs latéraux espacés les uns des autres et dont l'extrémité extérieure a la 25 forme d'une pince qui serre le support. 7. Procédé de fixation d'un cadre métallique de liaison sujjûn support diélectrique portant des surfaces métallisées, par soudage des extrémités extérieures du cadre de liaison sur certaines des surfaces métallisées du support, caractérisé en 30 ce que le cadre de liaison consiste en une barre allongée portant un certain nombre de conducteurs latéraux espacés les uns des autres et dont l'extrémité extérieure a la forme d'une pince.