Brevet FR2488732A1 — publié le 19820219

-1- PROCEDE DE REALISATION DE BOITIER POUR COMPOSANT ELECTRONIQUE La présente invention concerne un procédé de réalisation de boîtier isolant pour composant électronique. De façon plus précise, la présente invention concerne un procédé de fabrication d'un boîtier isolant en deux parties qui est de plus étanche pour permettre l'encapsulage notamment, mais non exclusivement d'un résonateur à quartz ou d'un oscillateur à quartz en vue de réaliser une base de temps par exemple pour montre élec- tronique. Il est bien connu qu'un résonateur à quartz est essentielle- ment constitué par un élément oscillant en quartz (barreau ou diapason) sur lequel sont disposées des métallisations formant électrodes et par un boîtier enfermant l'élément oscillant. Il est égaelment connu que, par exemple dans une montre électronique, le résonateur à quartz est associé à au moins un circuit d'entretien des oscillations et à des diviseurs de fréquence qui permettent de convertir la fréquence du signal délivré par le résonateur en un signal ayant la fréquence de commande ou les fréquences de commande de la montre. Afin de diminuer l'encombrement de l'oscillateur, il est connu de monter dans un même boîtier isolant le résonateur et le circuit intégré associé au résonateur. - Il va de soi qu'il est nécessaire que les bornes de connexion du résonateur ou du résonateur et de son circuit intégré associé puissent être reliées aux éléments électriques extérieurs au bot- tier. Pour cela, il est nécessaire de prévoir des passages conduc- teurs qui traversent la paroi du boîtier. Par ailleurs, il est connu que pour obtenir un bon fonctionnement du résonateur, il est très souhaitable de faire régner un vide relatif à l'intérieur du boîtier dans lequel est placé le résonateur ou de remplir le boî- tier d'un gaz inerte. Dans le cas d'autres composants électroni- ques, il peut également être nécessaire de disposer d'un boîtier de protection isolant et étanche. Pour réaliser ces passages conducteurs, il est connu d'utili- ser la couche métallique ou une partie de la couche métallique assurant la liaison étanche entre le fond et le couvercle du bol- tier. Ce passage conducteur ne rompt donc pas l'étanchéité. En revanche, la surface nécessairement relativement importante de ces -2- couches métalliques perturbe le signal délivré par-le résonateur ou l'oscillateur par effet capacitif parasite. Une autre solution consiste à percer des orifices dans la paroi du fond ou du couvercle du boîtier et à métalliser ces orifi- ces pour réaliser un passage conducteur. Cependant, dans ce dernier cas, il est difficile d'obtenir une métallisation qui adhère bien au matériau isolant dont est fait le bottier et qui n'altère pas l'étanchéité du boîtier. Pour remédier à ces inconvénients, un premier objet de l'in- vention est de fournir un procédé de réalisation de boîtier étanche pour composant électronique dans lequel les passages conducteurs traversant le bottier sont parfaitement-étanches. Un deuxième objet de l'invention est de fournir un procédé de réalisation de boîtier qui soit compatible avec une fabrication de ces boîtiers et une mise en place du résonateur et éventuellement du circuit intégré en série. Un troisième objet de l'invention est de fournir un tel procédé qui soit compatible avec une fabrication des boîtiers en bande. Selon cette technique de fabrication, pour effectuer les différentes opérations d'élaboration, les composants destinés à constituer le boîtier font partie de bandes ou sont montés sur des bandes qui assurent le transfert des composants d'un poste de travail au suivant. Un quatrième objet de l'invention est de fournir un procédé de fabrication de tels boîtiers qui soit plus simple et d'un coût moins élevé que les procédés correspondants de l'art antérieur. Pour atteindre ces buts, le procédé selon l'invention compor- te les étapes suivantes: utilisation d'une plaque métallique conductrice dont le coefficient de dilation est compatible avec celui du verre; usinage localisé de cette plaque pour créer sur l'une de ses faces des ergots faisant saillie hors de cette face; réalisation sur cette face d'une couche isolante entourant les ergots et dont l'épaisseur est telle que les ergots affleurent la surface de la couche isolante ou fassent saillie hors de celle-ci; enlèvement d'une partie de la plaque métallique pour laisser sub- sister seulement d'une part un cadre débordant de la couche isolan- te et d'autre part les prolongements des ergots qui donnent ainsi -3- les traversées conductrices (le fond du boîtier est alors compléte- ment réalisé). On procède alors au montage du résonateur et éven- tuellement du circuit intégré ou d'un autre composant électronique dans la cavité formée par le cadre et la couche isolante. De préfé- rence, la cavité est obturée par un couvercle fixé par son rebord sur le cadre métallique, ce couvercle *est par exemple un capot métallique, obtenu par emboutissage. Il découle de l'explication précédente que, comme les ergots destinés à former les passages conducteurs sont noyés dans la couche isolante, il y a une bonne adhérence entre ces ergots et la couche isolante. Les problèmes d'étanchéité sont donc résolus. En outre, le cadre métallique forme la surface de liaison du fond avec le couvercle. Il est donc facile, du fait de cette surface métalli- que, d'assembler le fond avec son couvercle. Il faut préciser dès à présent que les mots "fond" et "cou- vercle" du boîtier sont utilisés à la structure classique d'un boîtier. Cependant, il va de soi que dans certains montages le "couvercle" du boîtier pourrait se trouver à un niveau inférieur à celui du "fond" du boîtier. En fait, par "fond", il faut entendre la partie du boîtier qui est traversée par les passages conduc- teurs. Ces objets, caractéristiques, et avantages de l'invention ainsi que d'autres encore apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de mise en oeuvre du procédé objet de l'invention. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles - les figures 1 à 4 illustrent les étapes de fabrication du fond du boîtier; - les figures 5 à 7 illustrent le montage du circuit intégré et du résonateur; - les figures 8 (8a et 8b) illustrent la réalisation du couver- cle du boîtier; - les figures 9 montrent l'oscillateur monté dans son boîtier obtenu par la mise en oeuvre du procédé illustré par les figures 1 à 8a, la figure 9a montrant le boîtier avec son couvercle enlevé, les figures 9b et 9c représentant des sections selon les lignes BB et CC de la-figure 9a le couvercle étant mis en place. -4- - la figure 10 illustre le montage dans le boîtier du résona- teur seul, sans circuit intégré; - les figures 12 et 13 montrent des bottiers d'oscillteur en coupe transversale illustrant deux variantes de réalisation du couvercle du boîtier; et - la figure 14 illustre une variante de réalisation des ergots. En se référant aux figures 1 à 4, il va être décrit les étapes de fabrication du fond du boîtier pour composant électroni- que selon un mode préféré de mise en oeuvre du procédé objet de l'invention. Dans la description qui suit, il s'agit d'un procédé par bande. Ce procédé est particulièrement avantageux pour la fabrica- tion de boîtiers en grande quantité. Cependant, il va de- soi que ces mêmes étapes pourraient être mises en oeuvre pour la fabrica- tion de fonds de boîtier à l'unité. La figure 1 montre les deux premières étapes du procédé. La bande 2 sur laquelle seront fabriqués les différents fonds est en un matériau métallique conducteur dont le coefficient'de dilatation thermique est voisin de celui du verre et sur lequel le verre adhère bien par chauffage. Il peut s'agir par exemple de l'alliage connu sous la marque "KOVAR". C'est un alliage contenant pricipale- ment du fer et du nickel. La bande 2 a par exemple une épaisseur de 0,5 mm et une largeur de l'ordre de 20 mm. Comme cela est visible à la partie supérieure de la figure la, des trous d'entraînement 4 sont percés sur les bords de la bande 2. Puis, par emboutissage, la bande est localement déformée pour définir les huit ergots 6 répar- tis en deux lignes parallèles. Dans l'étape suivante, représentée au bas de la figure la, deux fentes 8 et 8' entourant une zone centrale 10 sont découpées. Cette zone 10 contient les ergots 6 et a des dimensions qui correspondent aux dimensions extérieures du boîtier à réaliser. La zone centrale 10 est reliée au reste de la bande par deux ponts 12 et 12' séparant les fentes 8 et 8'. La figure lb qui est une coupe selon la ligne B-B de la figure la montre plus clairement la déformation de 'la plaque. Elle montre en particulier que les ergots 6 sont formés sur la face 2a de la bande Z. Elle montre aussi qu'aux ergots 6 correspondent des enfoncements de métal 14 et 14' qui sont disposés selon les deux -5- lignes d'ergots. Ces ergots ont par exemple une hauteur de 0,25 mm. La figure 14 montre une variante de réalisation des ergots. Selon cette variante, la bande 2 est localement découpée pour séparer dans chaque région centrale 10 des petits cylindres 7 dont la hauteur est égale à l'épaisseur de la bande 2. Cette opération définit en même temps des trous 7' dont le diamètre intérieur est bien sûr égal au diamètre extérieur du cylindre. Dans une deuxième étape les cylindres sont réengagés dans les trous 7' avec coince- ment de telle façon qu'une partie des cylindres 7 fassent saillie hors de la face 2a de la bande 2. Cela donne exactement la même structure que celle qui est représentée sur la figure lb. La seule différence réside dans le fait que les enfoncements de métal 14, 14' sont remplacés par les portions de trou 7'. L'effet de coince- ment est amélioré si les "cylindres" 7 sont légèrement tronconique ainsi, bien entendu, que les trous 7'. - Dans l'étape suivante, représentée sur la figure 2a, une plaquette 16 en poudre de verre pressée est mise en place sur la face 2a de la bande. Cette plaquette comporte des orifices 18 percés à l'avance dont les positions correspondent exactement aux positions du groupe d'ergots 6. Cela se voit mieux sur la figure 2b qui est une coupe selon la ligne B-B de la figure 2a. La plaquette a des dimensions inférieures à celles de la zone centrale 10. Ainsi, après la mise en place de la plaquette 16, l'épaisseur e de la plaquette 16 est inférieure ou sensiblement égale à la hauteur des ergots 6. L'étape suivante, représentée sur la figure 3, consiste à chauffer l'ensemble constitué par la portion de bande 2 et la plaquette en poudre de verre pour fritter celle-ci. La plaquette 16 donne ainsi une couche isolante de verre 18 d'épaisseur uniforme. Lors du frittage, le verre adhère fortement à la face 2a de la bande métallique ainsi qu'à la paroi des ergots 6. Il en résulte une liaison étanche entre la bande 2 et ses ergots 6 d'une part et la couche de verre 18 d'autre part. L'épaisseur e est choisie de telle manière qu'après frittage la face libre 18a de la couche 18 affleure la face libre 6a des ergots 6 ou que ceux-ci fassent légèrement saillie hors de la couche 18. L'étape suivante est représentée sur les figures 4 parmi -6- lesquelles la figure 4b est une coupe selon la ligne B-B de la figure 4a. Cette étape consiste à enlever une partie de la bande métallique 2 au droit de la couche isolante 18. Cet enlèvement est effectué de préférence -par attaque chimique sélective. Lors de cette attaque les prolongements 6b des ergots ainsi qu'un cadre lOa sont masqués. Il en résulte une cavité 20 logée en dessous de la couche isolante 18. Les prolongements 6b des ergots font saillie à l'intérieur de la cavité 20. Le "fond" de la cavité 20 est limité par la face 18a de la couche isolante 18. Cette face est donc très plane. A la fin de cette étape, chaque portion de bande 10 limitée par les fentes 8 et 8' constitue un fond pour le boîtier de l'os- cillateur. Les ergots 6 et leurs prolongements 6b forment les traversées conductrices du boîtier. Ensuite, comme cela est représenté sur la figure 5, le cir- cuit intégré 22 est collé par sa face inférieure 22a sur la face 18a de la couche isolante 18. Le circuit 22 est bien sur collé entre les deux lignes d'ergots 6. La référence 24 symbolise la couche de colle. L'étape suivante est représentée sur les figures 6a et 6b, la figure 6b étant une section de la figure 6a selon la ligne B-B. Elle consiste à coller l'embase 26a du résonateur 26 sur la face supérieure 22b du boîtier du circuit intégré 22. La référence 28 symbolise la couche de colle. Le circuit intégré 22 sert donc de piédestal pour le résonateur. Ensuite, comme cela est représenté sur la figure 7, les connexions électriques sont réalisées par exemple par des fils conducteurs 30 et 32. Les fils 30 relient les électrodes du résona- teur à certaines bornes du circuit intégré aux passages conducteurs constitués par les ergots 6. Les figures 1 à 4 montrent un boîtier comportant huit ergots 6, c'est-àdire huit passages conducteurs. Il va de soi que le nombre d'ergots dépend du nombre de connexions électriques entre le composant électronique monté dans le boîtier et l'extérieur. A la limite dans le cas o deux liaisons électriques suffisent, il pourrait n'y avoir qu'un seul ergot, une partie du boîtier (par exemple le couvercle) formant la masse. -7- Les figures 8a et 8b illustrent la réalisation du couvercle du boîtier qui est de préférence en fer. La figure 8b est une section selon la ligne B-B de la figure 8a. Les couvercles sont réalisés à partir d'une bande continue 40 en fer de 0, 2 mm d'épaisseur par exemple et de 20 mm de large. Des trous 42 sont percés sur chaque bord de la bande pour en assurer ultérieurement l'entraînement. Simultanément, par emboutissage de la tôle 40 de fer, la forme du couvercle 44 est définie. Il est constitué par une portion enfoncée 46 qui définit ainsi une cavité 48. La cavité 48 a une forme sensiblement rectangulaire. Lors de l'emboutissage une nervure 50 est également définie. La nervure 50 entoure la partie enfoncée 46. Puis, comme cela est représenté sur la figure 8b, la portion emboutie est découpée du reste de la bande métallique en laissant un rebord 52 qui comporte précisément la nervure 50. Les traits 54 symbolisent la découpe. Ensuite, la portion emboutie formant cou- vercle est remise en place dans la bande. Cette découpe 54 a pour but de faciliter ultérieurement la séparation des différents bot- tiers. Enfin, la bande 40 est placée au-dessus de la bande 2 dans l'état o elle se trouve aux figures 6a et 6b. Bien entendu, les deux bandes sont positionnées de telle manière que les rebords 10a de la bande 2 fassent face aux rebords 52 de la bande 40. Puis, les deux parties de chaque boîtier sont assemblées par soudage électri- que sous vide. La nervure 50 des couvercles 44 facilite et améliore l'opération de soudage. Il est ensuite procédé au réglage de la fréquence du résona- teur par faisceau laser à travers la paroi transparente 18, comme cela est bien connu. Il est important d'observer que toutes les opérations décri- tes jusqu'ici sont effectuées en bande (bande 2 ou 40). Cela résoud avantageusement les problèmes de transfert entre les postes de travail et le positionnement des pièces par rapport aux outils servant à effectuer les différentes opérations. Il ne reste plus qu'à séparer les différents boîtiers. Pour cela, il suffit de couper les ponts de Kovar 12 sur la bande 2 puisque les couvercles 44 sont déjà découpés. Cette opération se -8- fait par fraisage ou éventuellement par découpage. Les figures 9a et 9c montrent l'oscillateur monté dans son boîtier obtenu par la mise en oeuvre du procédé qui vient d'être décrit. Cette figure montre en plus les bornes 22c du circuit intégré 22. A titre d'exemple le boîtier a une épaisseur.de 1,20 mm, une largeur de 4,5 mm et une longueur de 7,00 mm. Il résulte de la description précédente que ce mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention ne comporte que des étapes relativement simples et en nombre relativement réduit. En outre, ce procédé se prête particulièrement bien à une fabrication en grande série. De plus, les,étapes décrites correspondant à la fabrication d'un boîtier d'un coût relativement faible. La figure 10 montre une variante de l'élaboration de la couche isolante transparente formant le fond du boîtier. Au lieu de poser sur la bande de Kovar une plaquette de poudre de verre pres- sée et munie de trous, la couche est obtenue de la manière sui- vante: sur la face 2a de la bande de Kovar 2, il est déposé une couche 60 de verre fondu. Cette couche entoure les ergots 6 et ses dimensions sont limitées par exemple à l'aide d'un gabarit pour laisser subsister la partie de Kovar non recouverte 10a. En lais- sant refroidir le verre, la couche 60 se solidifie en adhérant fortement au Kovar. Une autre solution équivalente consisterait à remplacer le verre fondu par de la poudre de verre et à fritter cette couche de poudre de verre. Il serait également possible de remplacer la poudre de verre par de la poudre de céramique ou autre matériau isolant et de fritter l'ensemble. Comme la céramique n'est pas transparente, le réglage de l'oscillateur doit se faire sous vide avant fermeture du couvercle. Une autre solution consiste à partir d'une plaquette de verre transparente dans laquelle des trous pour le passage des ergots sont ménagés. La plaquette de verre se présente donc exacte- ment comme la plaquette 16 de poudre de verre des figures 2a et 2b. Une légère refusion en surface de la plaquette de verre permet d'obtenir une très bonne adhérence de cette plaquette sur la face *2a de la bande métallique et sur les ergots 6. Comme-cela a déjà été expliqué, l'invention ne se limite nullement à la réalisation d'un boîtier pour l'encapsulage d'un -9- oscillateur, c'est-à-dire d'un résonateur et d'un circuit intégré. A titre d'exemple, la figure 11 montre le fond d'un boîtier obtenu par la mise en oeuvre du procédé précédemment décrit. Le résonateur 64 est directement fixé sur les têtes 6b des ergots 6. Si les métallisations 66 formant les électrodes du résonateur sont au droit des ergots 6, il est possible d'assurer à la fois la liaison mécanique et la liaison électrique en utilisant une colle conductrice. Les ergots 6 forment ainsi le piédestal du résonateur. Il est également possible de souder directement le résonateur sur les extrémités des ergots. Il va de soi que le résonateur pourrait être remplacé par un autre composant électronique. Celui-ci est fixé sur la couche de verre 18 et ses bornes électriques sont raccordées aux passages conducteurs formés par les ergots 6. Il est possible également de réaliser le couvercle du boîtier de façon différente. Dans le cas de la figure 12, le couvercle 44' est constitué par une plaque de verre 68 et par un rebord 70 en Kovar. Dans le cas de la figure 13, le couvercle 44" est entière- ment réalisé en verre. La plaque de verre qui le forme est munie d'une creusure 72 qui définit une plaque de base 74 et un rebord 76. Dans ces deux derniers cas, il n'est pas nécessaire que le cadre de Kovar 10a déborde de la couche de verre 18. En effet, la liaison entre le couvercle et le fond n'est plus réalisée par soudage électrique mais par collage ou à l'aide d'un métal à bas point de fusion. Il apparaît donc que selon l'invention, l'étape principale est la réalisation du fond du boîtier et plus précisément encore la réalisation des passages conducteurs traversant le fond du boîtier de façon étanche. Grace à l'invention, ce résultat est obtenu de -façon satisfaisante tout en ne faisant appel qu'à des techniques simples comme l'emboutissage. Il faut souligner de plus que la réalisation du fond du boîtier ne nécessitera aucune gravure dans le verre. Or, cette opération est toujours délicate. Il faut de plus remarquer que le procédé s'applique également à la réalisation du boîtier, et plus particulièrement du fond, à l'unité. Pour cela, la bande 2 en Kovar est remplacée par une plaque métallique en Kovar ou en métal équivalent qui a exactement -10- la forme des zones centrales 10 de la bande 2. Les étapes successi- ves du procédé décrites en liaison avec les figures 1 à 4 sont appliquées à la plaque métallique conductrice. - 11- REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un boîtier pour composant élec- tronique caractérisé en ce que: - on usine une plaque métallique (2) conductrice de l'électri- cité ayant une première (2a) et une deuxième (2b) face pour former sur ladite première face (2a) au moins un ergot (6,7) faisant saillie hors de ladite première face d'une hauteur donnée; - on forme sur ladite première face une couche isolante adhé- rente (16,18,60) d'épaisseur au plus égale à la hauteur du ou desdits ergots (6,7); et - on enlève une partie (20) de ladite plaque métallique sur toute son épaisseur pour ne laisser subsister de ladite plaque qu'un cadre périphérique (lOa) sur lequel repose ladite couche isolante, et la ou les portions de plaque (6b) prolongeant le ou lesdits ergots, ledit cadre et ladite couche isolante délimitant une cavité (20) pour recevoir ledit composant électronique (22), le ou lesdits ergots débouchant dans ladite cavité par son ou leurs prolongements pour servir à relier électriquement ledit composant et l'extérieur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que de plus, on fabrique un couvercle (44) pour obturer ladite cavité. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que pour fabriquer le couvercle, on usine une structure plane pour former une cavité centrale (48) et pour former un rebord (52) entourant ladite cavité centrale et coopérant avec ledit cadre (10a). 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, pour fabriquer ledit couvercle (44), on emboutit une partie d'une tôle métallique (40) pour former ladite cavité centrale (48) et on laisse subsister sans déformation le reste de ladite tôle pour former ledit rebord. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou lesdits ergots (6) sont formés par emboutissage de ladite pla- que. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 5, caractérisé en ce que, pour former ladite couche isolante - - on fabrique une plaquette en poudre de verre pressée (16) -12- munie d'au moins un trou (17) dont la position correspond à celle du ou desdits ergots (6); - on place ladite plaquette sur la première face (2a) de ladite plaque pour que le ou lesdits ergots pénètrent dans le ou lesdits trous; et - on fritte ladite plaquette sur ladite plaque pour former une couche de verre transparente (18) adhérant auxdits ergots et à ladite première face (2a). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 5, caractérisé en ce que, pour enlever une partie (20) de la plaque métallique (2): - on masque les portions de ladite deuxième face (2b) de la plaque métallique correspondant au prolongement (6b) du ou desdits ergots et au cadre périphérique (1Oa); et - on attaque chimiquement la plaque métallique (2) par sa deuxième face pour enlever toute l'épaisseur de ladite plaque dans les portions non-masquées. 8. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit couvercle (44) est constitué par un matériau soudable élec- triquement avec le matériau formant ladite plaque métallique. 9. Procédé de fabrication d'une pluralité de boîtiers pour composant électronique, caractérisé en ce que: - on usine une première bande métallique conductrice de l'élec- tricité (2) ayant une première (2a) et une deuxième (2b) face pour former sur ladite première face une pluralité de groupes d'au moins un ergot (6) faisant saillie hors de ladite première face d'une hauteur donnée; - on forme sur ladite première face une pluralité de couches isolantes adhérentes (18), chaque couche entourant un groupe d'er- gots et dont l'épaisseur est au plus égale à la hauteur desdits ergots; et - on enlève sur toute l'épaisseur de la bande une pluralité de parties (20) de la bande pour ne laisser subsister de la bande au droit de chaque couche isolante qu'un cadre périphérique sur lequel repose ladite couche isolante et la ou lesdites portions de la bande prolongeant le ou lesdits ergots d'un groupe, les cadres (la) et les couches isolantes (1) délimitant une pluralité de -13- cavités pour recevoir les composants électroniques (22), lesdits ergots débouchant dans lesdites cavités par leurs prolongements pour servir à relier électriquement lesdits composants et l'exté- rieur. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits ergots (6) sont formés par emboutissage. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendication 9 et 10, caractérisé en ce que de plus, on usine par emboutissage une deu- xième bande métallique (40) pour former une pluralité de cavités (48) séparées les unes des autres, les portions déformées de ladite deuxième bande formant des couvercles (44) pour lesdites cavités (20) ménagées dans ladite première bande (2).