Brevet FR2175588A1 — publié le 19731026

La présente invention s'applique aux bottiers DO 22 pour diodes mélangeuses hyperfréquences telles que 1 N 23. La figure 1 représente une coupe de la diode à pointe 1 N 23G, comportant un corps isolant en alumine 1 et des connexions 2 et 3 extérieures de reprise de courant. La connexion 2 se prolonge à l'intérieur du cylindre 1 par une partie filetée 4 surmontée d'un bossage 5 sur lequel la pastille semi-conductrice 6 est rapportée au moyen d'une soudure tendre telle que, par exemple, l'alliage plomb-indium. La connexion 3 se prolonge symétriquement à 1' inté- rieur du cylindre i par une partie filetée 7 et un bossage 8. Un fil formant ressort 9 est soudé sur ce dernier au moyen de soudure à base d'étain. L'extrémité de ce fil aboutit sur la surface libre de la pastille semi-conductrice 6.Pour former la diode, il est de pratique courante d'appliquer une impulsion de tension de courte durée entre les électrodes 2 et 3. il en résulte une diffusion contrôlée d'une petite quantité du métal composant le fil dans le semi-conducteur, ce qui, accessoirement, immobilise le fil sur la pastille semi-conductrice. Une goutte de colle 10 déposée autour du contact renforce la liaison mécanique. Les bottiers DO 22 peuvent aussi recevoir, à la place de la pastille précédente, une pastille semi-conductrice - à barrière de Schottky métallisée, sur laquelle est fixé par thermo-compression, un fil fin de retour de courant. La pastille est alors un élément parfaitement défini au moment où elle est introduite dans le bottier pour y être fixée et les diodes les utilisant se distinguent des diodes à pointe : par leur impédance haute fréquence qui est environ deux fois plus faible ; par leur capacité qui est environ deux à trois fois plus élevée ; par le courant de fuite qui est beaucoup plus faible et par la tension de claquage qui a augmenté.Des trois premières constatations il résulte, par un raisonnement connu, que le facteur de bruit des diodes Schottky est minimum pour une puissance haute fréquence se situant au-dessus de celle qui correspond au facteur de bruit minimum des diodes à pointe et qui, compte tenu des valeurs respectives données ci-dessus, se trouve Btre 2 à 3 dB au-dessus. L'utilisation des pastilles semi-conductrices à barrière de Schottky dans les bottiers DO 22 présente l'avantage d'améliorer la résistance des diodes ainsi réalisées, par rapport à celles des diodes à pointe, vis-à-vis des variations brusques de température ainsi que des vibrations de grande amplitude et des chocs brutaux. Toutefois, la fixation de la pastille au moyen de soudure tendre demeurant inchangée, les deux types de diodes ne supportent pas le stockage à une température de 1500 o. Enfin, le bottier utilisé jus- quti maintenant comportant un filetage pour retenir les connexions extérieures n'est pas étanche. De ce fait, la pastille semi-conductrice est susceptible de s'altérer au coure du stockage surtout si ce dernier a lieu à une température supérieure à celle du milieu ambiant. Le but de la présente invention est de réaliser un boîtier pour une diode Schottky, destinée à être utilisée en hyperfréquences possédant les avantages suivants : - ses cotes extérieures étant celles du bottier DO 22 et le taux d'onde stationnaire, mesuré sur guide, de la diode confectionnée avec ce bottier étant très voisin de l'unité, celle-ci peut être mise en lieu et place des diodes 1 N 23 - sa robustesse mécanique lui permet de résister à des chocs dont l'accélération ou la décélération atteignent 20.000 fois l'in- tensité de la pesanteur - sa température de stockage peut atteindre 1750 o sans incon vénient. Le bottier étanche, selon l'invention, pour diodes semiconductrices utilisables en hyperfréquences, comportant un cylindre isolant en alumine terminé par deux connexions cylindriques de reprise extérieure de courant et une pastille semi-conductrice à barrière de Schottky munie d'un fil d'anode fixé par thermo-compression sur sa métallisation, est caractérisé en ce que la pastille est fixée au moyen de colle conductrice de l'électricité par sa face cathodique à l'extrémité d'une tige métallique prolongeant intérieurement l'une desdites connexions de reprise de courant et en ce que la deuxième extrémité du fil d'anode, dont la longueur est inférieu- re au dixième de la longueur d'onde dans le guide, est fixée par thermo-compression à la métallisation du cylindre en alumine à l'en droit où celle-ci est brasée à la seconde connexion de reprise de courant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ap parattront au cours de la description illustrée par les figures 2 à 8 données à titre illustratif mais nullement limitatif et dans les quelles - La figure 2 est une coupe du bottier selon l'invention contenant une diode chottky. - La figure 3 est la décomposition du procédé de montage du bottier selon l'invention et de la mise en place de la diode dans le bottier. - La figure 4 est le schéma électrique équivalent de la diode placée dans son bottier. - Les figures 5 à 8 représentent les résultats de mesures électriques effectuées en hyperfréquences avec la diode Schottky placée dans le bottier selon l'invention. Un bottier selon l'invention représenté sur la figure 2, comprend un cylindre en alumine 11 dont le diamètre extérieur est celui du bottier DO 22 et dont l'épaisseur est déterminée ainsi qu' il est dit par la suite. Ce cylindre est métallisé à ses deux extrémités au moyen dtune composition à base de poudre de titane, connue en soi, destinée à permettre la brasure à l'eutectique argent-cuivre de l'électrode 12 et celle de l'anneau 13, tous deux en alliage fernickel-cobalt, sur le cylindre en alumine. La pastille semi-conductrice 14 est fixée au moyen de colle référencée H 31, fabriquée par la Société américaine " Epoxy Technology incorporated ", à l'extrémité de la tige 15. La pastille 14 est surmontée d'une métallisation en or 16, sur laquelle est fizée par thermo-compression un fil 17 de 12 microns de diamètre reliant la métallisation 16 à la métallisation 18 débordant dans ce but à l'intérieur de l'anneau 13. La deuxième extrémité du fil 17 est comme la première, fixée par thermo-compression. Une connexion 19, symétrique de la connexion 12, complète le bottier de la diode. Il est avantageux d'utiliser, sans que cela soit indispensable à la réalisation du bottier selon l'invention, des pastilles semi-conductrices dont la métallisation située sur l'anode est divisée en 24 d léments, comme cela est indiqué dans le brevet déposé par la demanderesse sous le nO 2.044.306. Le montage de la diode s'effectue à partir des pièces détachées selon les phases schématisées sur la figure 3O La phase 300 représente la métallisation par peinture des deux extrémités du cylindre d'alumine et la cuisson en atmosphère réductrice de la peinture. La phase 310 représente les opérations de brasure à l'eutectique argent-cuivre, au moyen d'un générateur haute fréquence,des pièces en FeNiCO 12 et 13 sur les deux métallisations réalisées au cours de la phase 300. La phase 320 représente la mise en place de la pastille semi-conductrice 14 déjà revêtue de sa métallisation 15 à l'extrémité de la tige 27 au moyen de colle conductrice de l'électricité H 31. Dans le cas où une pastille semi-conductrice selon le brevet nO 2.044.306 déposé par la demanderesse, est employée, et si les résultats de la mesure de contrôle sont hors des tolérances, il est possible de sectionner le fil et d'effectuer à nouveau la connexion, comme il vivent d'être dit, sur une diode élémentaire jugée convenable. La phase 330 représente la mise en place du fil d'or par thermo-compression sur la métallisation 16 et sur La métallisation 18. La phase 340 représente la soudure de l'électrode 19 sur l'anneau 13 au moyen d'alliage étain-or fondant à 2900 réalisée au moyen d'un four à résistance en atmosphère inerte. Cette opération constitue la fermeture du bottier, celui-ci étant étanche, la pastille semi-conductrice est maintenue en atmosphère inerte à l'abri de toute altération ultérieure. La figure 4a représente le schéma électrique équivalent du bottier et de la pastille semi-conductrice. La partie entourée d'un pointillé correspond à la pastille semi-conductrice dans laquelle 20 est la capacité de valeur Co (0,04 pf) dans le cas d'une diode à pointe et de valeur voisine de 3 Co dans le cas d'une diode Schottky; 21 est la partie réelle R de l'impédance de la pastille à la fréquence intermédiaire soit environ 400 à 450 ohms dans le cas d'une diode à pointe et 150 ohms dans le cas d'une diode Schottky ; 22 est la résistance des contacts de la pastille. En dehors du cadre poin tillé, 23 est la capacité, en parallèle sur la pastille, des conne Scions 2 et 3 l'une par rapport à l'autre et 24 est l'inductance des connexions internes du bottier.Celle-ci peut être calculée en appliquant la formule valable en haute fréquence pour un fil L = 2,03 x 1û 7 t(2,303 log 4dt - 1) dans laquelle L est la self en henrys, ela longueur et d le diamètre du fil en mètres. La valeur de l'inductance des connexions d'une diode à pointe est voisine de 4 nanohenrys tandis que celle des con nexions du bottier selon l'invention est voisine de 8 nanohenrys. La figure 4b représente le circuit série équivalent au circuit de la figure 4a dans lequel la valeur de l'inductance 240 est proportionnelle à celle de l'inductance 24 avec un coefficient qui s'exprime en fonction des valeurs des composants du circuit 4a. La transformation des connexions consécutive au passage de la configuration représentée sur la figure 1 à celle représentée sur la figure 2, s'accompagne d'un doublement de la self comme il a été dit précédemment. La valeur du condensateur 200 est proportionnelle à la valeur du condensateur 23 avec un second coefficient qui contient lui aussi les valeurs des composants du circuit 4a. La diode 1 N 23 est adaptée au guide d'onde par compensation entre l'effet du terme réactif dA à l'inductance 240 et celui dû à la capacité 200. il en est de même du bottier selon l'invention, car la valeur de la capacité 200 a été réduite d'un rapport 2 en diminuant l'épaisseur du cylindre d'alumine et en modifiant la forme des électrodes enregard. Un ajustement de l'impédance de l'ensemble à la valeur optimale est obtenu par action sur le diamètre de la tige 15 qui, en vertu de la formule donnée précédemment, constitue une inductance de faible valeur en série avec celle du fil 17. A titre illustratif, les figures 5 à 8 représentent des résultats de mesures effectuées dans la bande X avec une diode Schottky montée dans un boîtier selon l'invention. La figure 5 représentant le taux d'onde stationnaire mesuré sur guide d'onde dans la bande de fréquences comprise entre 9 et 10 GHz montre que l'adaptation est excellente. La figure 6, représentant en 27 la courbe du taux d'onde stationnaire de la diode Schottky montée avec le boîtier selon ltin- vention en fonction du niveau de puissance de l'oscillateur local à la fréquence de 9,5 Gliz et en 28 la courbe du taux d'onde stationnaire de la diode à pointe 1 N 23G dans les mêmes conditions de mesure, fait ressortir que l'adaptation de la diode Schottky a bien lieu, comme prévu, à une puissance supérieure à celle qui correspond au taux d'onde stationnaire optimum de la diode à pointe et qu'en valeur absolue la diode selon l'invention est mieux adaptée. La figure 7 représente la courbe du facteur de bruit mesuré entre 9 et 10 GHz de la diode montée dans un boîtier selon l'invention, ainsi qu'une valeur cerclée mesurée à 9,5 GHz en plaçant un filtre après l'oscillateur local laissant uniquement passer la haute fréquence allant vers la charge, afin d'éliminer le bruit de la sou ce hyperfréquences des résultats de mesure. La figure 8 représentant en 29 la courbe du facteur de bruit de la diode montée dans un boîtier selon l'invention en fonction du niveau de puissance de l'oscillateur local à la fréquence 9,5 GEz et en 30 la courbe du facteur de bruit de la diode à pointe 1 N 23G mesurée dans les mêmes conditions fait apparaître que le facteur de bruit minimum de la diode montée dans le boîtier selon l'invention est inférieur à celui de la diode à pointe. E V E i D I C T I O N b 1. Boîtier étanche pour diode semi-conductrice utilisable en hyperfréquences comble mélangeuse ou comme détectrice, comportant un cylindre isolant en alumine, deux connexions cylindriques de reprise extérieure de courant, une pastille semi-conductrice à barrière de schottky munie d'un fil d'anode fixé par thermo-compression sur sa métallisation, caractérisé en ce que la pastille est fixée au moyen de colle conductrice de l'électricité par sa face cathodique à 1' extrémité d'une tige métallique prolongeant intérieurement lune desdites connexions de reprise de courant et en ce que la deuxième extrémité du fil d'anode dont la longueur est inférieure au dixième de la longueur d'onde la plus courte de la bande de fréquence utile est fixé par thermo-compression à la métallisation du cylindre isolant en alumine à l'endroit où celle-ci est brasée à la seconde connexion de reprise de courant. 2. Bottier étanche pour diode semi-conductrice utilisable en hyperfréquences comme mélangeuse ou comme détectrice selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'adaptation de la diode au guide d'onde s'obtient en utilisant simultanément un corps cylindrique d'aluminevie 1 millimètre d'épaisseur et une tige centrale supportant la pastille semi-conductrice dont la longueur est inférieure au quart de la longueur d'onde et dont le diamètre est de 1,5 millimètre.