Brevet FR2450503A1 — publié le 19800926

La présente invention est relative à des capsules fermées hermétiquement pour des dispositifs semi-conducteurs et elle concerne plus particulièrement une capsule dans laquelle un support en un alliage de fer et de nickel est hermé tiquement enfermé au moyen d'un joint d'étanchéité verre-métal, le verre étant du verre au borosilicate. Le système classique pour réaliser des joints étanches adaptés pour encapsuler des dispositifs semi-conducteurs consiste à sceller ensemble des supports et des conducteurs réalisés en un alliage de Fe, Ni, Co en utilisant un élément préfor mé en verre tel que du verre "Corning 705211 ou du ItMansol 88i'. Cette combinaison d'éléments est particulierement bien adaptée en raison du fait que le coefficient de dilatation thermique de l'alliage est essentiellement le même que celui du verre. Cependant une récente pénurie de cobalt a fait apparature la nécessité de mettre au point d'autres systèmes pour réaliser des joints étanches adaptés. On avait auparavant supposé, dans l'industrie que tout autre système nécessita t ltem- ploi d'un support ayant essentiellement le même coefficient de dilatation thermique que le verre utilisé pour assurer l'é- tanchéité. Cependant, suivant l'invention, on a trouvé qu'un support en un alliage de fer et de nickel peut former un joint étanche avec du verre au borosilicate, même si leurs coefficients de dilatation thermique diffèrent d'une valèur aussi importante que 2,8 x 10 6 dans une plage de températures de 30 à 450 OC, L'intègrité du joint est maintenue pour toutes les variations de température qutimpliquent la fabrication du dispositif et les essais ultérieurs de résistance â ltenvironne- ment, en réalisant un joint de grande fiabilité.Il a été difficile de fabriquer une capsule ayant une fiabilité élevée, en particulier de la forme TO -5 qui puisse résister à des chocs thermiques sévères ou à des cycles thermiques sans que ne se produisent des fissures dans le verre et/ou sans provoquer des défaillances du joint. L'invention a donc pour objet une capsule pour dispositif semi-conducteur, caractérisée en ce qu'elle comprend un support en alliage de fer et de nickel, ledit support comportant des conducteurs Fe-Ni-Co scellés hermétiquement dans le support avec du verre au silicate de bore. Dans un mode de réalisation particulier, on a assemblé une capsule TO-18 en utilisant un support en alliage 42 (42 % Ni, 57% Fe, plus des impuretés) scellé au verre "Corning 7052" et des conducteurs en alliage F15. Le coefficient de dilatation thermique pour ce verre est de 4,6 1036 et ppur l'alliage 42 il est de 6,7 à 7,4 x 10 dans une plage de températures de 30 à 450 OC. L'herméticité de ce mode de réalisation a été essayée à partir de la température ambiante jusqu'à 500 OC. Aucune fuite n'a été constatée. On a également réalisé une capsule du type TO -5 en utilisant la même combinaison de matières ; elle a été essayée d'une façon analogue et on a constaté qu'elle conservait son herméticité. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, - la Fig. 1 est une vue en perspective éclatée d'un mode de réalisation de la capsule suivant l'invention - la Fig. 2 montre les courbes de dilatation thermique des matériaux entrant dans la construction de la capsule suivant l'invention. Comme on l'a représenté à la Fig. 1 un mode de réalisation de l'invention est une capsule TO -5 modifiée comprenant un support 11 en alliage 42 en combinaison avec un joint 12 en verre 7052 et des conducteurs 13 en alliage F-15. Ces éléments sont placés dans un récipient ou un gabarit en graphite et disposés dans un four, à une température suffisamment élevée (par exemple 1 000 C) pour faire fondre le verre et former ainsi le joint. Le procédé d'assemblage et les paramètres du four sont bien connus. Ltembase ainsi obtenue est alors prête à être expé diée telle quelle; ou une pastille semi-conductrice 14 est fixée en place en utilisant une préforme 15 de soudure ; puis on fixe les liaisons 16 en fils métalliques et le couvercle 17, afin de compléter un circuit, comme celà est bien connu. Dans une variante, particulièrement importante pour les capsules de plus grandes dimensions, il est prévu une pièce rapportée centrale en céramique dans le corps en verre au-dessous du support. La pièce rapportée peut ou non dre au-dessous du plan d'appui du support, si elle ne s'étend pas au-dessous de ce plan, elle est simplement utilisée pour assurer un effet de compensation. Si elle s'étend au-dessous de ce plan elle est utilisée comme entretoise en plus de ses effets compensateurs. Des entretoises sont utilisées dans de nombreuses capsules TO- à conducteurs multiples telles que les capsules TO- 99 et TO- îoe pour maintenir la capsule éloignée de la plaque de fixation et assurer un refroidissement par convection. La pièce rapportée ou l'entretoise présente un diamètre égal à environ 1/4 ou 1/2 du diamètre de la masse en verre et stétend sur au moins la moitié de l'épaisseur du verre. Par exemple une pièce rapportée en mullite, contenant de préférence un excès de SiO2, en combinaison avec les exemples ci-dessus de l'invention assure un effet compensateur dû à son coefficient de dilatation qui est légèrement supérieur à celui du verre 7052 Pour remplacer l'alliage 42 on peut utiliser d'autres alliages au fer-nickel ayant par exemple une teneur en Ni de 38 à 46 R, mais pas nécessairement avec des résultats équivalents. Le verre 7052 peut être remplacé par d'autres verres au borosilicate, y compris du Mansol 88, du verre Owens Illimois EN- 1, du verre Schott 8243, bien que pas nécessairement avec des résultats équivalents. D'autres conducteurs peuvent être utilisés à la place de l'alliage F-15, par exemple de l'alliage 42, mais pas nécessairement avec des résultats équivalents. La Fig. 2 montre les courbes de dilatation thermique de l'alliage 42 (courbe 11) et du verre Corning 7052 (courbe 1). La différence entre ces courbes était antérieurement considérée comme supérieure à la différence maximale compatible avec l'étanchéité des joints adaptés, dans la plage de températures précitée. REVENDICATIONS 1 - Capsule pour dispositif semi-conducteur, carac téflsee en ce qu'elle comprend un support (11) en alliage de fer et de nickel, ledit support (11) comportant des conducteurs Fe-Ni-Co (13) scellés hermétiquement dans le support (11) avec du verre au silicate de bore. 2 - Capsule suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'alliage constituant ledit support (11) consiste essentiellement en 42 Fo de Ni, le reste étant du fer. 3 - Capsule suivant la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits conducteurs (13) sont essentiellement constitués de 29 % Ni, 17 Sa Co, le reste étant du fer. 4 - Capsule suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le verre a un coefficient de dilatation thermique d'environ 4,6 x 10 6 cm/cm/ C. 5 - Capsule suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend une pièce rapportée en mullite ayant un excédent de SiO2 pour assurer un effet compensateur en~Iai- son du fait que son coefficient de dilatation thermique est légèrement supérieur à celui du verre 7052.