Brevet FR2495837A1 — publié le 19820611

EMBASE DE MICROBOITIER D'ENCAPSULATION ET MICROBOITIER COMPORTANT UNE TELLE EMBASE. La présente invention concerne une embase de boîtier d'encapsulation de circuit intégré, ce boîtier étant destiné à manipuler et à monter un circuit intégré sur un substrat de circuit hybride. L'embase selon l'invention intègre sur la plaquette céramique qui sert de base au boîtier au moins un condensateur faisant partie du circuit de découplage ou de liaison du circuit intégré. L'évolution de la micro-électronique vers la complexité et la rapidité entraîne, au niveau des circuits hybrides, une évolution des microboftiers. En effet, les fonctions originelles de ceux-ci étaient de permettre une manipulation des pastilles de circuits intégrés, dans des boîtiers plus petits que les boîtiers standards de type DIL, de les protéger et d'en faciliter l'interconnexion externe sur le circuit hybride.Ces fonctions restent valables, mais, en particulier dans le cas de la micro-électronique rapide il est nécessaire d'adjoindre à chaque circuit intégré au moins un condensateur de liaison ou de découplage : or, les condensateurs, non intégrables sur la pastille de circuit intégré, ont des dimensions du même ordre de grandeur que celles du microboltier, ce qui signifie que la surface occupée sur le substrat par le circuit intégré et son ou ses deux condensateurs de liaison est relativement importante. Ceci entraîne plusieurs inconvénients: - L'accroissement de vitesse des circuits intégrés nécessite un découplage de plus en plus important situé au plus près de la pastille; - la fiabilité de deux composants encapsulés et soudés séparément, soit un circuit intégré et un condensateur dans le cas présent, est moins bonne que la fiabilité d'un seul composant, dans un seul boîtier, intégrant le circuit et au moins un condensateur; - le coût de deux composants encåmpsulés séparément est plus élevé que le coût d'un seul boîtier renfermant les deux composants, surtout si ces composants sont destinés à des applications nécessitant un tri, telles que des applications militaires ou spatiales - la surface occupée, comme il a été dit précédemment est plus importante que la surface occupée par un seul boîtier. Une solution de réduction de l'encombrement consiste à intégrer au moins un condensateur dans l'embase du microboîtier d'encapsulation. La société demanderesse a déposé deux demandes de brevet sur ce sujet, enregistrées sous les n0 79.11 852 en date du 10.05.1979, et 80.18 927 en date du 2.9.1980. La première demande de brevet citée concerne une embase de boîtier d'encapsulation comportant un condensateur constitué par une plaque d'un matériau céramique à forte constante diélectrique. Cette plaque est métallisée sur ses deux surfaces principales pour constituer un condensateur. Cependant, la nature du matériau céramique à forte constante diélectrique oblige à entourer le condensateur formant la partie principale de l'embase par un cadre à faible constante diélectrique, ce cadre supportant les métallisations qui constituent les connexions externes du microboîtier. En effet, si le même matériau à constante diélectrique élevée était utilisé pour le condensateur et pour supporter les connexions externes, il y aurait formation de condensateurs parasites entre les connexions externes. La deuxième demande#de brevet citée concerne une embase de boîtier d'encapsulation dans laquelle est incorporé un condensateur multicouche, le matériau de l'embase qui sert de diélectrique au condensateur étant un matériau à faible constante diélectrique. La nature de ce matériau permet alors de déposer directement sur l'embase les métallisations des connexions de sortie. Toutefois, la fabrication d'un condensateur multicouches nécessite une collaboration assez étroite avec un fabricant de condensateurs, lequel n'est pas obligatoirement un fabriquant de microboîtiers. La présente invention apporte une troisième solution en proposant de réaliser une embase de microboîtier sur laquelle un condensateur au moins est intégré, celui-ci étant réalisé par sérigraphie d'un diélectrique à forte constante sur le support céramique qui sert d'embase au microboîtier. Deux électrodes au moins de condensateur sont déposées, la première entre le support et la couche sérigraphiée, la seconde sur la couche sérigraphiée. De façon plus précise, l'invention concerne une embase de boîtier d'encapsulation de circuit électronique comportant au moins un condensa teur de liaison, cette embase étant formée à - partir d'une plaque d'un matériau céramique qui supporte une pluralité de connexions extérieures et étant caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un condensateur dont le diélectrique est déposé sur l'embase par-sérigraphie en couche épaisse d'une pâte è forte constante diélectrique ( e = 1750 + 250), une première électrode de ce condensateur étant constituée par une première métallisation partielle de la face de l'embase sur laquelle a lieu le dépôt sérigraphique, et une deuxième électrode de ce condensateur étant constituée par une deuxième métallisation déposée sur la couche sérigraphiée. L'invention sera mieux comprise par la description suivante d'un exemple de réalisation, cette description s'appuyant sur les figures annexées qui représentent: - figure 1 : une embase de microboîtier, en plusieurs parties, intégrant un condensateur, selon l'art connu; - figure 2 : une embase de microboîtier, monolithique, intégrant un condensateur, selon l'art connu; - figure 3: une embase de microboîtier selon l'invention; - figure 4 : une première variante d'embase de microboîtier selon l'invention; - figure 5: une seconde variante d'embase de microboîtier selon l'invention; - figure 6 : - un microboîtier constitué à partir d'une embase selon l'invention. L'ensemble des figures citées sont des coupes, schématisées de façon à mieux faire ressortir les différences et les innovations. La figure 1 représente une embase de microboîtier selon l'art connu, telle que revélée par la demande de brevet français enregistrée sous le n0 79.11 852, au nom de la société demanderesse. Cette embase, qui n'est représentée que schématiquement sur la figure 1 et ne comporte que les éléments nécessaires à la compréhension, est essentiellement constituée par une pla que 1 d'un matériau céramique à forte constante diélectrique E 1.Cette plaque est métallisée sur ses deux faces principales par deux métallisations 2 et 3 qui constituent les armatures dun condensateur. L'embase est complétée par un cadre 4 qui entoure la plaque du condensateur 1, cadre réalisé dans un matériau à faible constante diélectriqlie E 2. Il est complété par un second cadre 5 également réalisé dans un matériau diélectrique à faible constante E 2.L'ensemble des deux cadres 4 et 5 supporte les métallisations 6 qui constituent les connexions entre le circuit électronique encapsulé dans ce boîtier et les liaisons extérieures. Le cadre 5 n'est pas indispensable mais le cadre 4 au moins est nécessaire pour éviter que des condensateurs parasites ne se forment entre les connexions 6 prises deux à deux et le matériau à forte constante diélectrique de la plaque 1. Dans ce type de microboîtier selon l'art connu, la pastille de circuit électronique, c'est à dire la pastille de circuit intégré, est soudée sur l'armature 3 du condensateur; elle est reliée aux connexions extérieures par l'intermédiaire de fils métalliques soudés d'une part sur les plots du circuit électronique, d'autre part sur l'extrémité des métallisations de connexions 6.Le microboitier est fermé par un couvercle qui n'est pas représenté sur la figure 1 et qui prend appui sur un cadre 7 en matériau isolant, de façon à éviter que la plaque métallique qui constitue le couvercle, ne courtcircuite entre elles les connexions 6. Ce microboltier donne entièrement satisfaction, mais il faut noter qu'il impose un montage mécanique, par insertion de la partie centrale de l'embase, constituée par la plaque 1 du condensateur. dans un cadre 4 destiné à supporter les connexions de sortie. Cette insertion nécessite une grande précision d'usinage et des opérations de collage ou de frittage à chaud du cadre 4 autour de la plaque 1, ce qui ne facilite pas les opérations de fabrication et ne va pas dans la ligne dun abaissement de prix du microboîtier. La figure 2 représente une autre embase de microboîtier selon l'art connu, telle que revélée par la demande de brevet français enregistrée sous le ne80.18 927 au nom de la société demanderesse. Selon cette seconde forme d'art connu, l'embase de ce microboîtier est constituée par un condensateur obtenu par ltempilement alterné d'électrodes 8 et d'électrodes 9 et de feuilles de céramique 10 à faible constante diélectrique. Les séries d'électrodes 8 et 9 sont réunies entre elles de façon à obtenir des bornes de connexion pour ce condensateur, l'une des bornes étant constituée par l'électrode supérieure du condensateur multicouches, sur laquelle est brasé ou soudé-par tout moyen connu de l'homme de l'art un circuit électronique 11. L'autre borne qui n'est pas explicitement représentée sur la figure 2 est prise par l'intermédiaire de l'une des métallisations de connexion externe 12 du circuit hybride. Dans ce type d'embase la nature du matériau 10, diélectrique à faible constante, autorise à déposer les métallisations de connexion externe 12 directement sur la plaque qui sert d'embase au microboîtier. Des cadres tels que ceux qui étaient représentés en 4 et 5 sur la figure 1 peuvent encore être utilisés, par exemple pour réaliser des soudures au niveau de la surface supérieure de la pastille de circuit intégré, mais ils ne sont plus indispensables. Les métallisations de connexions extérieures 12 sont en fait, et cela ressort sur la figure 2, déposées à la surface du bloc céramique qui constitue l'embase, dans le fond de cannulures pratiquées sur les côtés du bloc, cannulures qui ont pour fonction d'éviter que ces métallisations ne soient rayées ou arrachées: c'est pourquoi les métallisations 12 semblent sur la figure passer à l'intérieur du bloc céramique. Ce type d'embase de microboîtier constitue certainement un progrès par rapport à ce qui est connu à ce jour, progrès à la fois dans le sens de la solidité du boîtier puisque l'embase est monolithique et dans le sens de l'économie de place, à la surface du circuit hybride puisqu'au moins un condensateur est intégré dans l'embase; toutefois sa mise en oeuvre néces- site une collaboration avec un fabricant de condensateurs, collaboration qui ne peut s'avérer fructueuse que si de grandes séries de telles embases, d'un même type, sont nécessaires à une fabrication de circuits hybrides. L'embase de microboîtier selon l'invention apporte une troisième solution à ce problème de l'encombrement et de l'amélioration de la fiabilité des circuits intégrés montés sur des circuits hybrides. Cette solution vient en complément des deux précédentess en permettant des réalisations fiables sur de petites séries. La figure 3 représente une vue en coupe d'une embase de microboîtier selon l'invention. Elle est schématisée et ne comporte que les éléments nécessaires à une plus facile compréhension de l'invention. L'embase du microboîtier selon l'invention est constituée à partir d'une plaque d'un matériau réfractaire 13 sur lequel est déposé au moins un condensateur, par sérigraphie -d'un diélectrique 14 à forte constante. Ce condensateur est complété par une première électrode 15 précédemment déposée sur le support 13, et par une deuxième électrode 16 déposée ensuite sur la face libre de la couche diélectrique sérigraphiée. Il est préférable d'utiliser les technologies classiques des couches épaisses à cuisson dans l'air à basse température; cependant, il est possible d'utiliser des technologies plus récentes à base de métaux réfractaires, à condition d'utiliser un diélectrique qui soit adapté. Le condensateur formé par le diélectrique 14 et les deux armatures 15 et 16 peut être déposé sur le support 13 soit sur une face soit sur l'autre face, mais il est préférable de le réaliser sur la face de ce support qui est ensuite protégée par le capot d'encapsulation, afin de profiter de la protection du capot. Sur la figure 3, est représentée la pastille d'un circuit intégré 11 qui est ensuite reliée par des fils d'or ou d'argent aux métallisa- tions de connexion externe du microboîtier.Ce circuit intégré 11 peut être soudé directement sur l'armature supérieure 16 du condensateur, c'est à dire en liaison électrique avec elle, ou également fixé sur l'embase du microboîtier par l'intermédiaire d'une couche isolante, l'armature 16 du condensateur d'embase étant alors reliée à un point différent que celui du substrat du circuit hybride. Les deux électrodes du condensateur 15 et 16 sont constituées d'or, d'argent palladium, de nickel, ou tout autre métal ou alliage utilisé dans les techniques actuelles de déport par pulvérisation cathodique, par sérigraphie ou au pinceau. Le diélectrique 14 a une constante e de l'ordre de 1750 + 250, ce qui conduit à une capacité spécifique comprise entre 24000 et 42000 picofarads par cm2 pour une seule couche de diélectrique, telle qu'on sait les appliquer selon la technologie actuelle des couches épaisses. C'est à dire que pour un microboîtier d'encapsulation à 40 connexions extérieures, selon les normes, l'embase peut intégrer un condensateur de 8600 à 15000 picofarads. L'embase représentée en figure 3 ne comporte qu'un seul condensateur constitué par une couche diélectrique 14 et deux électrodes 15 et 16. Cependant, si le besoin s'en fait sentir, entre dans le domaine de l'invention le cas où cette embase supporterait plus d'un seul condensateur, tel que par exemple deux condensateurs cote à côte ou deux condensateurs concentriques, le seul problème étant alors, le cas échéant, de recouvrir les électrodes externes des deux condensateurs d'une couche isolante de façon à ce que le substrat du circuit hybride ne court-circuite pas ces deux électrodes. La figure 3 représente l'invention de base, dans laquelle un condensateur est déposé sur l'embase d'un microboîtier qui comporte des connexions extérieures 12, lesquelles débordent légèrement sur la face intérieure de la plaque 13 de façon à pouvoir être soudées sur un substrat de circuit hybride. La figure 4 représente une première variante de l'invention, figure dans laquelle on retrouve les mêmes éléments et les mêmes indices repères que sur la figure 3. Cependant, on peut ajouter au condensateur, formé sur l'embase par sérigraphie un condensateur constitué à partir du matériau de l'embase même, au moyen d'une métallisation 17 déposée sur la face externe, inférieure de la plaque de céramique 13 qui constitue l'embase. Ainsi le condensateur est composé d'une part par un premier condensateur comportant le diélectrique sérigraphié 14 et les électrodes 15 et 16, et d'autre part un second condensateur formé par le diélectrique 13 et l'électrode 17, qui est monté en parallèle avec l'électrode 16. Cette première variante à l'invention permet d'augmenter la valeur de la capacité du condensateur sérigraphié sur l'embase. Une seconde variante permet d'augmenter considérablement la valeur de capacité du condensateur sérigraphié. Cette seconde variante est représentée en figure 5. Dans ce cas, où des valeurs élevées sont nécessaires, le condensateur sérigraphié est constitué par une suite de couches métalliques qui constituent les électrodes d'un condensateur multicouches et une suite de couches de diélectriques sérigraphiées 14, 18 et 19 pour se limiter à trois couches ainsi que représenté sur la figure 5. r Les couches métalliques sont alternativement reliées d'une part à la première électrode 15 et d'autre part à la deuxième électrode 16, ce qui constitue bien un condensateur multicouches. L'adjonction d'un couvercle sur l'embase selon l'irgvention constitue un microboîtier tel que representéten figure 6. La figure 6 reprend l'embase telle que représentée en figure 3, embase sur laquelle le circuit intégré 11 est protégez par un couvercle 20. Celui-ci peut être selon les cas, plastique, métallique, ou céramique. Le couvercle 20 est fixé sur l'embase par soudure de deux couches 21 et 22, la première couche 21 étant solidaire du couvercle 20 et la seconde couche 22 solidaire de l'embase. Selon les cas, ces ccuches peuvent être en verre et la soudure sera obtenue par fusion des couches 21 et 22, soit métallique et la fermeture du boîtier sera obtenue par soudure entre elles des couches 21 et 22.Mais dans tous les cas, la couche 22 doit être soit isolante, soit déposée sur une sous-couche isolante de façon à éviter que la couche 22, si elle est métallique, ne court-circuite entre elles les connexions extérieures 12 du microboîtier, Pour la même raison, l'isolant de la sous-couche doit avoir une constante diélectrique faible afin d'éviter les problèmes de diaphonie entre les conducteurs de sortie, par formation entre eux de condensateurs parasites. La remarque faite au sujet de la figure 3, remarque selon laquelle plus d'un condensateur peut être déposé sur l'embase i3, reste valable au sujet des variantes des figures 4 et 5 c'est à dire qu'une pluralité de condensateurs peuvent être déposés les uns à côté des autres ou, autre solution, un premier condensateur sur une première face de l'embase 13 et un second condensateur sur l'autre face de cette même embase. Le microboîtier avec capacité de couplage intégré selon l'invention est utilisable pour le montage d'un circuit intégré quelconque nécessitant un découplage. Mais en outre, il trouve une autre application constituée par la protection des circuits intégrés contre le rayonnement a particulièrement dommageable pour les me moires dynamiques et les éléments semiconducteurs selon la technaiogie dite CCD au à couplage de charge. En effet, les électrodes en métaux lourds ainsi que le diélectrique sérigraphié, constitué de titanate de baryium, constituent une protection, parce que la section efficace du titanate de baryium peut limiter le bombardement par le rayonnement a en prévenant des traces de thorium et d'uranium contenues dans l'alumine du boîtier. De façon plus générale, le microbottier selon l'invention est applicable à l'encapsulation de tout élément monté sur un substrat de circuit hybride et il est défini par les revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Embase de microboîtier d'encapsulation de circuit électronique comportant au moins un condensateur de liaison, cette embase étant formée à partir d'une plaque d'un matériau céramique (13) qui supporte une pluralité de connexions extérieures (12) et étant caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un condensateur dont le diélectrique (14) est déposé sur l'embase par sérigraphie en couche épaisse d'une pâte à forte constante diélectrique ( E: = 1750 +250), une première électrode (15) de ce condensateur étant constituée par une première métallisation partielle de la face de l'embase sur laquelle a lieu le dépôt sérigraphique, et une deuxième électrode (16) de ce condensateur étant constituée par une deuxième métallisation déposée sur la couche sérigraphiée. 2. Embase de microboftier selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier condensateur, sérigraphié, est complété par un second condensateur constitué par la première métallisation (15) du premier condensateur, l'embase céramique (je3) comme diélectrique, et une troisième métallisation (17) déposée sur la face de l'embase opposée à celle qui supporte la première métallisation (15), la deuxième (16) et la troisième (17) métallisations étant réunies électriquement. 3. Embase de microboîtier selon la revendication 1, caractérisée en ce que le condensateur est ùn condensateur multicouches, comportant une pluralité d'électrodes (15 et 16) déposées par métallisation et une pluralité de couches sérigraphiées (14, 18, 19) de diélectrique, les électrodes étant réunies électriquement pour former deux jeux d'électrodes alternées. 4. Embase de microboîtier selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité de condensateurs sérigraphiés, disposés côte à cte sur une face de l'embase. 5. Microboîtier d'encapsulation de circuit électronique (11) caractérisé en ce qu'il comporte une embase selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, laquelle supporte le circuit électronique (11) et est refermée au moyen d'un couvercle (20) soudé sur l'embase par l'intermédaire d'au moins un cadre isolant (22) sous lequel passent les connexions extérieures (12) du circuit.