Brevet FR2158043A1 — publié le 19730608

La présente invention concerne un dispositif semi-conducteur encapsulé, et particulièrement, un bottier possédant une paroi comprenant au moins un décrochement interne. En général, cette sorte de boîtier est utilisée pour 1' encapsulation d'un dispositif semi-conducteur qui fonctionne dans la bande des très hautes fréquences. Il est habituellement équipé d'un substrat en céramique, d'une paroi, d'un couvercle et d'un goujon utilisé comme radiateur. Le goujon est fixé sur la partie inférieure du substrat en céramique. Par ailleurs, il y a un dispositif semi-conducteur sur la surface supérieure du substrat sur lequel les configurations conductrices sont métallisées selon la forme souhaitée. Chacune des électrodes du dispositif semi-conducteur est connectée à chacune des configurations métallisées grâce à des fils métalliques sur la surface supérieure. En outre, la paroi est également montée sur la surface supérieure du substrat.Donc, la surface supérieure du substrat est extrêmement étroite de par la disposition du dispositif semi-conducteur, des liaisons de connexion, des configurations métallisées et de la paroi. Cependant, il est souhaitable que la surface supérieure du substrat soit suffisamment large eu égard au travail de connexion à réaliser entre les électrodes et les configurations à l'aide des fils métalliques. Par conséquent, il est nécessaire dans la pratique courante que les bottiers conventionnels aient comparativement un substrat d'une grande surface pour faciliter les connexions sous cet aspect. Mais, comme indiqué plus haut, dans cette sorte de bottier, le goujon est généralement fixé à la surface inférieure du substrat pour évacuer la chaleur, et donc lorsque le substrat est grand en comparaison du goujon fixé sur lui, il est inévitable que se produise une déformation du bord du substrat. Sous cet aspect, il estsouhaitable que le substrat soit aussi petit que possible. C'est un objet de la présente invention que de proposer un boîtier perfectionné qui puisse faciliter l'établissement des connexions et éviter la déformation due à la différence des coefficients de dilatation thermique entre le substrat et le goujon. C'est un autre objet de la présente invention de proposer un boîtier destiné à un dispositif semi-conducteur, dans lequel 1' espace intérieur délimité par la paroi qui l'entoure est sensiblement élargi pour faciliter l'établissement des connexions. C'est encore un autre objet de la présente invention que de proposer un bottier qui puisse être suffisamment petit eu égard aux dimensions du substrat. Encore un autre objet de la présente invention est de proposer un bottier dans lequel il ne se produit aucune déformation sensible sur la périphérie du substrat. C'est encore un objet de la présente invention que de proposer un procédé pour produire le boiter mentionné dans l'ob- jet précédent, de façon aisée et bon marché. Conformément à cette invention, il est proposé un bot- tier destiné à un dispositif semi-conducteur, qui comprend une paroi ayant au moins un décrochement intérieurement pour entourer un espace libre, une surface de ce décrochement étant métallisée selon des configurations conductrices qui s'étendent depuis l'intérieur de cette paroi jusqu'à la périphérie extérieure, des fils métalliques pour réaliser des connexions entre ces configurations métallisées et les électrodes situées sur le dispositif semi-conducteur monté à l'intérieur de l'espace entouré par cette paroi, et des conducteurs connectés à la périphérie extérieure de cette paroi pour atteindre des circuits extérieurs. Conformément à un aspect de la présente invention, il est proposé un procédé de fabrication du boîtier destiné à un dispositif semi-conducteur, comprenant les étapes de préparation de deux morceaux de tôle destinés à être agglomérés, chacun d'eux n'étant pas encore aggloméré, d'impression des configurations métallisées souhaitées sur les parties choisies de ces pièces de tôle, respectivement, d'enfoncement de ces deux pièces dans des trous, respectivement, dont les dimensions de l'un sont plus grandes que celles de l'autre, d'agglomération des deux pièces après superposition de manière à former une paroi sans soudure, qui est pourvue d'au moins un décrochement comportant ces configurations métallisées se continuant depuis la partie interne de la paroi jusqu'à la partie externe, de liaison d'une surface de la paroi obtenue sans soudure avec un substrat dont les dimensions sont plus petites que la périphérie extérieure de la surface de liaison de la paroi, de montage d'un dispositif semi-conducteur sur le substrat à l'intérieur d'un espace entouré par la paroi, de connexion des configurations métalliques situées sur le décrochement de la paroi avec les électrodes du dispositif semiconducteur à l'aide de fils métalliques, et de fixation des conducteurs destinés aux circuits extérieurs sur les configurations métallisées fixées sur la région extérieure de la paroi. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, faite en relation avec les dessins cijoints, dans lesquels Les figures 1 et 2 sont des vues en coupe de bottiers conventionnels destinés à des dispositifs semi-conducteurs. Les figures 3(a), (b) et (c) sont des schémas servant à décrire un mode de réalisation de cette invention. Les figures 4(a), (b), (c) et (d) sont des schémas servant à décrire un procédé de production des parois selon cette invent ion. Les figures 5(a)et (b) sont des vues en plan servant à décrire un procédé préféré qui est approprié à une production de masse. La figure 6 est une vue extérieure de l'un des produits finis selon cette invention. Les figures 7 à 9 sont des vues en coupe d'autres modes de réalisation de cette invention. En se référant à la figure 1, un des bottiers conventionnels est pourvu d'un substrat en céramique 1, d'une paroi 7, d'un couvercle 8 et d'un goujon 9 servant de radiateur. Le substrat en céramique 1 est pourvu de perforations 11, dont chacune est métallisée avec une couche conductrice 5 de manière à établir un contact électrique entre les configurations conductrices de la surface supérieure et les configurations conductrices de la surface inférieure. Sur l'une des configurations conductrices de la surface supérieure, est monté un dispositif semi-conducteur 2. En outre, sur la surface supérieure du substrat se trouve montée la paroi 7 scellée à l'aide d'un matériau de brasure, tandis que sur la surface inférieure du substrat, sont disposés des conducteurs 3, 3' destinés à la connexion avec des circuits extérieurs et un goujon 9 pour l'évacuation de la chaleur. Chacune des électrodes du dispositif semi-conducteur, à l'exception de son électrode inférieure, est connectée à la couche conductrice 5 de la surface du substrat 1 au moyen de fils métal liques 4 servant de connexions électriques avec les conducteurs 3, 3'. Sur la paroi 7, le couvercle 8 est fixé par soudure de manière à obtenir une fermeture hermétique. Mais, puisque le dispositif semi-conducteur et les configurations sont montés tous deux sur la surface dite en anglais "sauce" du substrat 1, et puisque les conducteurs 3, 3' sont également fixés sur le dessous du substrat 1, il est nécessaire que le substrat ait une grande surface. Donc, le substrat 1 est habituellement plus grand que le gou Jon fixé à sa partie inférieure. En se référant à la figure 2, il y est montré un autre bottier conventionnel dans lequel les conducteurs 3, 3' sont sortis de la même surface que celle où est disposé le dispositif semiconducteur. Les configurations métallisées 5 de la surface passent à travers la paroi 7, qui est scellée à l'aide d'un matériau de brasure 6. Sur'la paroi 7, le couvercle 8 est fixé à l'aide d'un matériau de brasure 10. Donc, dans ce bottier, il est usuel que le substrat soit plus grand que le goujon 9. De plus, la déformation est sujette à se produire sur le matériau de brasure 6 qui est peu résistant, ce qui a pour résultat de briser le scellement hermétique. Il est souvent endommagé par les chocs mécaniques pendant l'assemblage. En se-référant aux figures 3(a), (b) et (c), il y est montré un mode de réalisation de cette invention. La figure 3(a) en est une vue en coupe. La figure 3(b) en est une vue en plan sur laquelle le couvercle 8 est enlevé, et la figure 3(c) est une vue en coupe du substrat destinée à décrire les dimensions appropriées pour celui-ci. Comme montré sur les figures 3(a) et (b), le substrat en céramique 1 est légèrement plus grand que le diamètre intérieur de la paroi 7, et plus petit que son diamètre extérieur, de manière à le fixer sur la surface de scellement de la paroi. Grâce à cette structure, les conducteurs 3, 3' peuvent également être montés sur le dessous de la paroi 7, qui est composée d'une partie inférieure 7-1 et d'une partie supérieure 7-2, de manière à former à l'intérieur une partie en décrochement 12. La couche métallisée 5 passe, par l'intermédiaire de la partie supérieure 7-2, de la région intérieure à la région extérieure de la paroi 7. La couche métallisée 5 de la partie en décrochement 12 est connectée aux électrodes du dispositif semi-conducteur 2 monté sur l'une des configurations métallisées 5 grâce aux fils métalliques 4.De plus, la couche mé tallisée 5 de la partie en décrochement 12 se continue jusqu'à un côté de la partie inférieure 7-1 à laquelle sont électriquement connectés les conducteurs 3, 3'. Puisque les conducteurs 3, 3' sont en contact avec la paroi à l'aide des brasages 6, 6' respectivement, les passages du courant du dispositif semi-conducteur 2 aux conducteurs 3, 3' sont inclinés le long des brasages 6, 6' de façon à diminuer la réflexion du courant qui serait importante dans le cas où ces brasages leur seraient perpendiculaires. La partie supérieure 7-2 possède une couche circulaire métallisée 5-2 en surface pour former un contact avec le couvercle 8. En se référant à la figure )(c), on va décrire le dimensionnement approprié du substrat 1. Pour diminuer l'échauffement du dispositif semi-conducteur 2, la dimension a du substrat devrait être choisie d'une longueur supérieure à une ligne imaginaire s'étendant vers le bas de chaque côté du dispositif semi-conducteur 2 avec une inclinaison de 450, du fait que la chaleur dégagée par le dispositif semi-conducteur est habituellement évacuée à l'intérieur de l'angle formé par ces lignes. Conformément à cette invention, la grandeur du substrat peut être choisie de manière à être définie par ces lignes, du fait qu'il n'est pas nécessaire de monter les conducteurs 3, 3' destinés aux circuits extérieurs sur le substrat 1. En supposant que la grandeur du dispositif semi-conducteur soit de un millimètre carré, et que l'épaisseur du substrat soit de 0,2 millimètre, la dimension minimum qu'il faut choisir est de 1,4 millimètre carré. Pour tenir compte de la largeur du scellement du substrat sur la paroi, il faut ajouter de chaque côté du substrat 1 0,3 millimètre, et donc un côté du substrat a une longueur de 2 millimètres. La déformation que le substrat 1 subit du fait de la présence du goujon 9 est remarquablement diminuée parce qu'il est possible que le substrat 1 soit plus petit que le goujon 9. En se référant aux figures 4(a), (b) et (c) on y montre un procédé pour fabriquer la paroi décrite à la figure 3, les figures 4(a) et (b) montrent une surface et le dessous, respectivement, de la partie inférieure 7-1, constituée de pièces de céramique avant agglomération. Sur chacune des surfaces, la pâte métallisée est appli quée sur les parties choisies 5-1 à 5-6, et une partie médiane 13 est découpée à ltemporte-pièce. La partie 5-2 de la surface recouverte de pâte est connectée aux parties 5-3 et 5-5 grâce à une partie 5-7 située sur les deux côtés de la plaque de céramique. Les parties 5-3, 5-4 et 5-5 recouvertes de pâte, sur la surface inférieure, sont destinées à réaliser les connexions avec les conducteurs 3, 3'. Au lieu de la partie 5-7 située sur le côté, on peut ouvrir des perforations sur les parties souhaitées de la partie inférieure 7-1. Ensuite, en se référant à la figure 4(c), une couche de céramique 7-2 avant agglomération est apprêtée pour former la partie supérieure 7-2 de la paroi 7, et après cela, on ouvre une fenêtre 14 qui a un diamètre plus grand que celui de la fenêtre 13 de la couche 7-1. Une couche métallique 5-8 ayant la forme d'un anneau servant de soudure'est appliquée le long de la fenêtre 14. Les deux pièces 7-1 et 7-2 mentionnées ci-dessus sont superposées l'une sur l'autre, puis elles sont agglomérées à la température de 1.6500C pour former sur le substrat une paroi sans soudure. En se référant à la figure 4(c), la paroi agglomérée 7 possède un décrochement intérieur 12 sur lequel la couche métallisée 5-7 est étendue sans discontinuité depuis la partie périphérique située le long de la fenêtre jusque sur le dessous de la partie inférieure 7-1. En se référant aux figures 5(a) et (b), un mode de réalisation de cette invention est approprié à une production de masse du bottier. Les figures 5(a) et 5(b)montant la partie inférieure 7-1 et la partie supérieure 7-2, respectivement, de la paroi, sur chacune des pièces, un élément des configurations métallisées désirées est imprimé après ouverture de la fenêtre 9, et ainsi la déformation due à la fixation du goujon sur le substrat est minimisée. En se référant à la figure 7, il y est montré un autre mode de réalisation de cette invention. La figure 7(a) est une vue en coupe et la figure 7(b) est une vue montrant la disposition. Généralement, dans un dispositif semi-conducteur destiné aux très hautes fréquences, il est préférable d'utiliser une configuration du type "strip-line", dans lequel toutes les électrodes du dispositif semi-conducteur sont montées dans le même plan horizontal. Dans ce but, sur un radiateur 9, on a formé des saillies 14, sur lesquelles sont métallisées is configurations conductrices 3, 3'. Le substrat en céramique 1 est fixé sur la région intérieure déterminée par les saillies 14 du radiateur 9. En se référant à la figure 8, la partie supérieure 7-2 de la paroi 7 est en saillie sur la périphérie extérieure de la partie inférieure 7-1, à l'extérieur, pour former une partie de bordure 7-3, sur laquelle sont appliquées les configurations métallisées destinées au départ des conducteurs extérieurs 3, 3'. En se référant à la figure 9, il y est montré encore un autre mode de réalisation de cette invention dans lequel la partie supérieure 7-2 a une périphérie extérieure plus petite que celle de la partie inférieure 7-1, de manière à pouvoir fixer les conducteurs 3 sur la surface supérieure de la partie inférieure 7-1. Dans cette invention, le substrat en céramique peut être plus petit que le goujon de manière à pouvoir faire sortir les conducteurs 3 de la paroi sur laquelle sont disposées les configurations destinées aux connexions. En outre, conformément à cette invention, la paroi est produite en assemblant deux pièces de céramique de manière à former une paroi sans soudure, et, par conséquent, elle a une grande résistance mécanique, et elle se prête bien à une production de masse. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparattront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Dispositif semi-conducteur encapsulé, caractérisé en ce qu'il comprend une paroi comportant au moins un décrochement intérieur entourant un espace, une surface de ce décrochement portant des configurations métallisées s'étendant de la région intérieure de cette paroi jusqu'à la périphérie extérieure de cette paroi, un substrat monté sur le dessous de la paroi pour monter un dispositif semi-conducteur à l'intérieur de cet espace entouré par la paroi, ce substrat étant plus petit que la périphérie extérieure de la paroi, des fils métalliques pour réaliser les connexions électriques entre ces configurations métallisées sur le décrochement et les électrodes du dispositif semi-conducteur, et des conducteurs partant de la surface inférieure de cette paroi pour réaliser la connexion avec les autres circuits extérieurs. 2 - Procédé pour fabriquer un dispositif semi-conducteur encapsulé, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes préparation de deux pièces de tôles destinées à être agglomérées, chacune d'elles n'étant pas encore agglomérée, impression des configurations métallisées souhaitées sur les parties choisies de ces pièces, respectivement, enfoncement des deux pièces, respectivement, pour former des trous, dont l'un est de dimensions plus grandes que l'autre trou, agglomération des deux pièces après superposition de manière à former une paroi sans soudure, qui est pourvue d'au moins un décrochement intérieur comportant ces configurations métallisées s'étendant sans discontinuité depuis la région interne de la paroi jusqu'à sa région externe, assemblage d'une surface de la paroi réalisée sans soudure avec un substrat qui est de dimensions plus petites que la périphérie extérieure de la paroi, montage d'un dispositif semi-conducteur sur le substrat à l'intérieur de l'espace entouré par la paroi, connexion des configurations métallisées situées sur le décrochement avec les électrodes se trouvant sur le dispositif semi-conducteur à l'aide de fils métalliques, et fixation des conducteurs, destinés aux connexions avec les circuits extérieurs, sur les configurations métallisées sur la partie extérieure de la paroi.