Brevet FR2204043A1 — publié le 19740517

La présente invention concerne des boîtiers pour dispositifs hybrides à semiconducteurs, constitués par un corps de boîtier clos par un couvercle fixé de façon étanche et généralement inamovible, destinés à supporter et à contenir des composants actifs semiconducteurs et des composants passifs associés aux composants actifs précités, à protéger l'ensemble des composants utilisés et à écouler les calories dissipées dans les différents composants vers un support-radiateur de dimensions, surface et conductance thermique appropriées. On connaît déjà des structures de tels boîtiers par le brevet français n02 069 787 dans lequel sont décrites quelques variantes de réalisation découlant d'une certaine structure de base destinée principalement à assurer un bon écoulement du flux calorifique généré par les dispositifs contenus dans le boîtier vers un support massif considéré comme un puisard de chaleur. Les dispositions prévues paraissent avoir été presque uniquement dictées par cette proccupation dont l'importance ne saurait etre sous-estimée, mais il semble que certains aspects des problèmes posés par na réalisation de dispositifs hybrides particuliers, comportant tout à la fois des composants actifs d'une fabrication délicate et des composants passifs devant satisfaire à des conditions de fonctionnement strictes, n'ont pas constitué un souci dominant lors de la conception de ces boîtiers, vraisemblablement destinés à des appareillages pour lesquels il nty avait pas de tels problèmes. Lorsqu'il s'agit de dispositifs hybrides comportant d'une part, par exemple, des amplificateurs d'une puissance de plusieurs dizaines de watts, réalisés sous forme de circuits hybrides a semiconducteurs, fonctionpant à des fréquences de plusieurs centaines de mégahertz et, d'autre part,-des circuits passifs associés à caractéristiques définies étroitement, il est de la plus haute importance de n'assembler, au moment de la phase finale de la fabrication de tels dispositifs hybrides, que des éléments et des sousensembles dont les caractéristiques ont pu etre vérifiées dans des conditions strictement équivalentes à leurs conditions d'emploi dans le boîtier destiné à les contenir, de façon à être pratiquement sûr de l'obtention d'un résultat final correct et à éviter le gaspillage de composants coûteux. L'invention a pour but, entre autres, d'éviter un tel gaspillage et de permettre des vérifications préalables rigoureuses des circuits hybrides de puissance à semiconducteurs, d'une part, et des composants strictement passifs, d'autre part, indépendamment les uns des autres et préalablement à leur assemblage final dans le cadre d'un boîtier selon l'invention. Selon l'invention, les boîtiers pour dispositifs hybrides à semiconducteurs, constitués par un corps de boîtier clos par un couvercle fixé de façon étanche et généralement inamovible, destinés à supporter et à contenir des composants actifs à semiconducteurs et des composants passifs associés aux composants actifs précités, à protéger l'ensemble des composants utilisés et à écouler les calories dissipées dans les différents composants vers un support-radiateur de dimensions, surface et conductance thermique appropriées, sont notamment remarquables en ce que le corps du boîtier est constitué par au moins deux éléments dont l'un est un élément central à conductance thermique élevée, destiné à supporter les circuits hybrides comportant des semiconducteurs qui sont le siège d'une dissipation d'énergie importante, et comportant des moyens de fixation du boîtier sur le support-radiateur, complété par au moins un élément périphérique destiné à supporter des composants passifs à dissipation relativement faible, et en ce que les éléments constitutifs du corps du boîtier sont rendus solidaires mécaniquement, électriquement et thermiquement par une soudure supportant sans dommages la température requise pour la soudure de fils d'or d'interconnexion par thermocompression. Compte tenu des diverses exigences auxquelles doit satisfaire un boîtier destiné à contenir des dispositifs hybrides de puissance à semiconducteurs et notamment de la nécessité de loger dans les parois latérales de ces boîtiers les passages étanches et isolés destinés aux raccordements électriques des circuits actifs et passifs contenus dans le boîtier, l'accessibilité des dispositifs utilisés devient mauvaise après leur mise en place dans de tels boî tiers et,de dece faite nepermet pas de les essayer dans des condi- tions correctes après cette mise en place; il n'en est pas de même dans le cas des boîtiers conformes à l'invention, ainsi que la description qui va suivre permet de s'en rendre compte, notamment pourles circuits hybrides d semiconducteurs de puissance fixés sur l'élément central du corps de boîtier avant que cet élément central soit rendu solidaire de l'élément périphérique (ou des éléments périphériques) le complétant. Après avoir été fixés sur l'élément central du corps de boîtier, les circuits hybrides à semiconducteurs de puissance demeurent pleinement accessibles et peuvent etre essayés en régime dynamique à leur pleine puissance; si l'un de ces circuits ne satisfait pas éventuellement aux conditions imposées, il demeure facile à ce stade des opérations de fabrication d'en faire l'échange et de le remplacer par un autre circuit hybride. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de bien comprendre ce qu'est l'invention et comment elle peut être réalisée. La figure 1 est une vue en perspective cavalière d'un exemple de forme de réalisation de l'élément central d'un corps de boîtier selon l'invention. La figure 2 est une vue en perspective cavalière, comportant un écorché partiel, d'un exemple de forme de réalisation d'un élément périphérique de corps de boîtier selon l'invention, destiné à coopérer avec l'élément central représenté sur la figure 1. La figure 3 est une vue en perspective cavalière d'un couvercle destiné à clore et à compléter le corps d'un boîtier selon l'in vention. Dans le cas de l'exemple représenté sur la figure 1, l'élément central 11 comporte une semelle supérieure rectanguSire 12 et un moyen de fixation constitué par une queue filetée 13 de diamètre important eu égard à la largeur de la partie rectangulaire 12. L'élément central 11 est réalisé en un métal à haute conductibilité thermique tel que le cuivre et la semelle rectangulaire 12 est épaisse de façon à ce que la résistance thermique entre les extrémités et le centre soit suffisamment faible. Les bords de la semelle 12 sont en forme de gradin et la partie inférieure 14 de la semelle 12 est un peu plus longue et un peu plus large que la partie supérieure 15 de ladite semelle, et elle comporte, de ce fait, un rebord périphérique plan 16. La face inférieure, non visible, de la semelle 12 et la face supérieure 17 de ladite semelle sont planes. La face supérieure 17 est destinée à recevoir les circuits hybrides à semiconducteurs de puissance, par exemple en des emplacements tels que ceux qui sont représentés sous forme de deux carrés 18 et 19 tracés en traits mixtes. Lorsque les circuits hybrides supportés par l'élément central 11 sont fixés aux emplacements destinés à les recevoir, ils demeurent parfaitement accessibles et peuvent être essayés dans des conditions correspondant à leurs futures conditions de fonctionnement dans le boîtier terminé. -Après exécution de ces vérifications, l'élément central li peut être assemblé avec l'élément périphérique représenté sur la figure 2, par exemple par utilisation d'une préforme en alliage eutectique or-étain disposée sur le rebord périphérique 16 avant que l'élément périphérique de la figure 2 soit présenté sur l'élé- ment central 11, et par passage dans un four à atmosphère neutre ou réductrice du sous-ensemble constitué par les éléments concernés. L'élément périphérique 21 représenté sur la figure 2 est en forme de cuvette rectangulaire plate, de faible profondeur, à bords plats. Une ouverture rectangulaire 22, dont les dimensions sont en accord avec celles de la partie supérieure 15 de la semelle 12, est aménagée dans le fond 23 l'élément périphérique 21 pour permettre l'assemblage des éléments 11 et 21. Le fond 23 est entouré et surmonté par des parois latérales 24 supportant un rebord plat 25 sensiblement plan. Des passages étan 26 ches verre-métal/sont aménagés, de façon connue, dans les parois latérales 24 et les conducteurs centraux/#e7 ces passages verre-métal, isolés par les perles de verre desdits passages, sont utilisés pour raccorder avec l'extérieur du boîtier les dispositifs contenus dans ledit boîtier. Les circuits passifs à dissipation limitée et relativement faible supportés par l'élément périphérique 21 sont habituellement réalisés sur des plaquettes de céramique dont la face inférieure métallisée permet la fixation par soudure sur le fond 23 de ltélé- ment 21; les emplacements matérialisés par les rectangles 28 et 29 tracés en traits mixtes sont destinés à recevoir les circuits passifs coopérant avec les circuits hybrides à semiconducteurs de puissance supportés par l'élément central 11 de la figure 1. L'assemblage des éléments 11 et 21 est normalement effectué lorsque les dispositifs actifs et passifs respectivement fixés sur lesdits éléments ont subi les vérifications prévues : l'élément 21 est alors mis en place sur l'élément 11 avec interposition d'une préforme faite en une soudure appropriée telle que l'alliage eutectique or-étain et l'ensemble est ensuite chauffé à une température convenable, de l'ordre de 3200C par exemple. Après exécution de cet assemblage, on établit les interconnexions nécessaires entre les circuits hybrides à semiconducteurs de puissance, les circuits passifs et les conducteurs des passages verre-métal, par exemple à l'aide de fils d'or soudés par thermocompression ou par ultra-sons. Le couvercle 31 représenté sur la figure 3 est constitué par une plaque comportant un embouti peu profond correspondant au fond sensiblement plan 32 dudit couvercle, complété par un rebord plan 33 dont les dimensions sont en accord avec celles du rebord plan 25 de l'élément 21 du corps de boîtier. L'élément périphérique 21 du corps de boîtier et le couvercle 31 n'ayant pas à assurer l'écoulement de flux calorifiques importants sous un faible écart de température ne requièrent pas l'utilisation d'un métal à conductibilité thermique particulièrement élevée ni d'une très forte épaisseur de parois, ce qui permet de rendre la fabrication de ces pièces plus économique par l'emploi, par exemple, de tôle d'acier doux ou extra doux. Selon une technologie bien connue, les différentes pièces constitutives des boîtiers selon l'invention sont avantageusement revêtues d'une couche d'or électrolytique de quelques micromètres d'épaisseur de façon à leur assurer une bonne conductibilité électrique superficielle et une bonne protection contre une corrosion atmosphérique éventuelle. Après une ultime vérification du comportement et des caractéristiques des dispositifs hybriques montés sur le corps du boîtier, le boîtier est clos par la mise en place et la soudure du couvercle 31 sur le rebord 25. Une telle soudure est avantageusement effectuée en utilisant une préforme d'alliage étain plomb ayant le profil et les dimensions des rebords 25 et 33, disposée entre lesdits rebords, et en chauffant la périphérie de l'élément 21 et du couvercle 31 par une spire parcourue par un courant électrique à haute fréquence, avec application d'une légère pression sur le couvercle 31. - REVENDICATIONS 1.- Boîtiers pour dispositifs hybrides à semiconducteurs, constitués par un corps de boîtier clos par un couvercle fixé de façon étanche et généralement inamovible, destinés à supporter et à contenir des composants actifs à semiconducteurs et des composants passifs associés aux composants actifs précités, à protéger l'ensemble des composants utilisés et à écouler les calories dissipées dans les différents composants vers un support-radiateur de dimensions, surface et conductance thermique appropriées, caractérisés en ce que le corps du boîtier est constitué par au moins deux éléments dont l'un est un élément central à conductance thermique élevée, destiné à supporter les circuits hybrides comportant des semiconducteurs qui sont le siège d'une dissipation d'énergie importante, et comportant des moyens de fixation du boîtier sur le support-radiateur, complété par au moins un élément périphérique destiné à supporter des composants passifs à dissipation relativement faible, et en ce que les éléments constitutifs du corps du boîtier sont rendus solidaires mécaniquement, électriquement et thermiquement par une soudure supportant sans dommages la température requise pour la soudure de fils d'or d'interconnexion par thermocompression.