Brevet FR2519471A1 — publié le 19830708

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE EMBASE POUR CIRCUIT INTèGRE ET EMBASE AINSI REALISEE La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une embase de boîtiers d'encapsulation pour circuit intégré, ladite embase ayant sensiblement la forme d'une cuvette munie d'une pluralité de connexions électriques s'étendant de l'intérieur de la cuvette à )'extérieur de celle-ci. Les circuits intégrés, et plus particulièrement les circuits intégrés à grande échelle étant très sensibles aux attaques chimiques ou climatiques, ils sont généralement encapsulés dans des boîtiers hermétiques ou étanches afin de les protéger de l'environnement extérieur. De tels boîtiers hermétiques ou étanches sont généralement connus sous l'appellation anglo-saxonne "chiprarrier". Généralement, ces chip-carriers sont réalisés par superposition de plusieurs couches d'alumine cofrittée avec une métallisation, réalisant l'embase du boîtier, celuisi étant fermé à l'aide d'un capot brasé. Une autre méthode connue consiste à utiliser un substrat d'alumine métallisé sur lequel le circuit intégré est soudé, la protection de celui-ci étant simplement réalisée par une goutte de résine recouvrant la puce. La réalisation d'embases de ce type présente cependant plusieurs inconvénients : le frittage des différentes couches d'alumine s'effectue généralement à une température de l'ordre de 16000C sous atmosphère d'hydrogène ce qui augmente considérablement les coûts de fabrication de telles embases. De plus, les contacts électriques sont sérigraphiées sur l'une des couches d'alumine avant frittage de l'ensemble. Par conséquent, la réalisation des contacts est également une opération longue et onéreuse. Le procédé selon l'invention permet d'éviter ces inconvénients. Dans ce but, il est caractérisé en ce que l'on réalise tout d'abord une grille métallique d'inlerconnexions électriques que l'on dispose entre un fond à base de verre et un cadre à base de verre, ce dernier étant ensuite revêtu d'un cadre métallique, l'ensemble des cadres et du fond formant une cuvette, la grille d'interconnexions étant disposée par rapport à ces éléments de façon telle que chaque connexion s'étende de l'intérieur vers l'extérieur de la cuvette, la grille, le fond et les cadres étant ensuite rendus solidaires les uns des autres par élévation de température au-dessus du point de ramollissement du verre.De préférence, le verre sera choisi parmi les borosilicates et ou les verres sodocalciques, tandis que le métal de la grille d'interconnexions et du cadre seront choisis parmi les alliages de fer-nickelcobalt etlou de fer-nickel. Dans tous les cas, l'homme de métier accordera le métal et le verre entre eux de manière à obtenir des coefficients de dilatation thermique proche les uns des autres ainsi qu'une bonne adhérence du verre sur le métal. Afin de renforcer la solidité de l'embase ainsi réalisée, le verre pourra contenir jusqu'à 80% en poids d'alumine. Ainsi qu'on peut le constater d'après les éléments exposés cidessus, l'invention permet de réaliser une embase pour boîtier d'encapsulation de circuit intégré présentant à la fois les avantages du verre etlou de l'alumine et résultant d'un procédé de fabrication simple. De préférence, la grille de connexions ainsi que le cadre métallique seront réalisés dans un matériau choisi parmi les alliages de fer et de nickel comportant au moins 40% et de préférence de 42 à 48% en poids de nickel ainsi que les alliages fer-nickel-cobalt, ces métaux étant associés au verre borosilicate, tandis qu'ils seront réalisés en alliage fer-nickel comportant plus de 48% en poids de nickel lorsqu'ils seront associés à des verres sodocalciques. Afin d'améliorer encore l'évacuation des calories dégagées par le circuit intégré, le procédé selon l'invention comportera également l'insertion d'un fond métallique à l'intérieur de la cuvette formée par le fond en verre et le cadre en verre, ce fond étant disposé de telle manière qu'il ne soit pas en contact électrique avec les connexions de la grille Selon un mode préférentiel de réalisation, la grille de connexions sera subdivisée en un ensemble de grilles élémentaires, chacune d'elles comportant une rangée de contacts. L'assemblage des différents éléments de l'embase avant passage dans un four à haute température se fera d'une manière connue en soi à l'aide d'un positionneur en graphite dans lequel on placera tout d'abord le fond en verre puis le fond métallique, la ou les grilles de connexions éventuellement cambrées, le cadre en verre et enfin le cadre métallique. Ces éléments seront assemblés entre sensiblement 950 et l0500C dans un four sous atmosphère neutre. Un avantage important de l'invention réside dans le fait que la ou les grilles d'interconnexions peuvent être précambrées avant assemblage avec les autres éléments de l'embase. De cette manière, après passage dans le four, on obtient directement une embase ayant les contacts de sortie avec la forme voulue et épousant les flancs latéraux extérieurs de la cuvette. Avant assemblage à haute température de ces différents éléments, la grille métallique ainsi qu'éventuellement les autres éléments métalliques de l'embase seront soumis à une décarburation réalisée en plaçant ces éléments sous atmosphère d'hydrogène à une température comprise entre 900 et 11000C de manière à éviter la formation de bulles de gaz carbonique au cours de l'étape d'assemblage à haute température. Cette décarburation est suivie généralement d'une étape d'oxydation réalisée entre 700 et 8000 à l'air libre, cette couche d'oxyde métallique facilitant la liaison avec le verre. Le cadre et le fond en verre de l'embase sont réalisés à partir de poudre de verre pressée afin d'obtenir la forme voulue (par l'adjonction des liants bien connus de l'homme de métier) puis frittage entre 650 et 7Q00C. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante, donnée à titre non limitatif, conjointement avec les figures qui représentent - la figure 1, un premier exemple d'une embase de boîtier d'encapsulation selon l'invention, - la figure 2, une coupe d'un deuxième exemple d'une erribase selon 'l'invention, - la figure 3, une coupe d'un troisième exemple d'une embase selon l'invention, - la figure 4, un schéma montrant les différentes pièces constitutives de l'embase selon l'invention avant assemblage. La figure I représente un premier exemple d'une embase ou socle de boîtier d'encapsulation réalisée selon le procédé de l'invention. La figure lA est une vue en perspective du socle du boîtier tandis que la figure 1B est une coupe du socle du boîtier de la figure IA. Le socle (I) comporte une cuvette en verre (2) dont le fond (10) est plan et carré et dont les parois latérales (11, 12, 13, 14) sont disposées en carré sur le pourtour du fond (10) de la cuvette (2). Les parois latérales (il, 12, 13, 14) forment le rebord (32) de l'armature en verre (2). Un ensemble (A, B, C, D) de quatre rubans métalliques respectivement (au, ..., a4) > (bol, ..., b4), (cl, "''...,c4), (du, ..., d4) est placé sur chaque paroi latérale tel 1, 12, 13, 14).Les sorties électriques ou connexions sont constituées de ces rubans métalliques (au ... a4, bl ... b4, cl ... c4, dl ... d4) disposés concentriquement sur les parois latérales (11, 12, 13, 14) formant une grille de connexions (3). Chacun des rubans métalliques a une partie interne (7) au boîtier, une partie intermédiaire (9) et une partie externe (8a) au boîtier. La partie interne (7) est reliée électriquement au circuit intégré qui est encapsulé. Sur la partie intermédiaire (9) est placé un cadre de verre (4). Les parties internes (7) et les parties intermédiaires (9) sont disposées sur le dessus (23) des parois latérales (11, 12, 13, 14) et sont donc horizontales. La partie externe (8a) sert à relier le circuit intégré encapsulé à un montage électrique. La partie externe (8a) est constituée d'une première portion (25) disposée sur la face latérale (24) extérieure des parois latérales (11, 12, 13, 14) et d'une deuxième portion (26a) disposée dans le même plan que la première portion (25) et qui n'est rattachée au socle (1) que par la première portion (2S). La première portion (25) est scellée sur le socle (1) par des liaisons verre-métal s'établissant entre elles et la face latérale (24) extérieure et est reliée à la partie intermédiaire (9) par une cambrure (27). La cambrure (27) est placée sur l'angle (29) du rebord (32) de l'armature en verre (2), l'angle (29) étant formé par la jonction entre la face latérale (24) extérieure et le dessus (23) des parois latérales (Il, 12, 13, 14). La deuxième portion (26a) s'enfiche dans des trous prévus à cet effet dans le support du montage électrique sur lequel le boîtier est connecté. Le cadre de verre (4) est carré et ses côtés (15, 16, 17, 18) ont une longueur plus faible que la largeur des parois latérales (11, 12, 13, 14) de façon à ne pas recouvrir les parties internes (7) des rubans métalliques. Les parties internes (7) sont espacées les unes des autres de 500 um et les parties externes (8a) sont espacées les unes des autres de 1,27 mm. Le fond (10) est recouvert d'une couche de métal (6) où est fixé le circuit intégré. Le dessus de chacun des côtés (ils, 16, 17, 18) est recouvert par une bande métallique (19, 20, 21, 22) qui constitue un cadre de métal (5) où est soudé le capot du boîtier. Pour fabriquer le socle ou embase (1), on réalise, tout d'abord, chacune des couches constitutives du socle (1). Le cadre de verre (4) et la cuvette en verre (2) sont obtenus par pressage d'une poudre de verre contenant 20% en poids d'alumine cristalline sous une pression de 1 t/cm2 dans une pièce de formes complémentaires respectivement à celles du cadre de verre (4) et de la cuvette en verre (2), la poudre de verre étant ensuite frittée à 7000C.D'autre part, des plaques métalliques fer-nickel-cobalt ayant la forme de la couche de métal (G) où est fixé le circuit électrique, du cadre de métal (5) et d'une grille de connexions (3) sont découpées, dégraissées et décapées puis décarburées sous atmosphère d'hydrogène à une température de 10000C et enfin oxydées à l'air libre à 7500 C, la grille de connexions étant cambrée avant d'être dégraissée selon au moins une cambrure (27). La cuvette en verre, la grille de connexions, le cadre en verre, le cadre en métal sont alors superposés selon la structure décrite sur la figure 1, la plaque de métal ayant la forme de la couche de métal (6) étant posé sur le fond (10) de la cuvette (2).Cette superposition des éléments constitutifs du boîtier est, alors, placée sous atmosphère d'azote dans un four qui maintient une température voisine de 10100C afin de provoquer la liaison chimique entre le verre et le métal et réaliser le socle (1). La figure 2 représente une coupe d'un deuxième exemple d'un socle de boîtier d'encapsulation réalisé selon le procédé de l'invention. Sur cette figure, les mêmes éléments que ceux-de la figure précédente portent les mêmes références. La partie externe (gb) est, également, constituée d'une première portion (25) disposée sur la face latérale (24) extérieure et qui établit des liaisons verre métal avec la face latérale (24) extérieure et d'une deuxième portion (26b) qui est rattachée au boîtier par la première portion (25). Une première cambrure (27) relie la première portion (25) à la partie intermdiaire (9), la première cambrure (27) établissant des liaisons verre-métal avec l'angle (29) du rebord (32) de l'armature. Cependant, la deuxième portion (26b) est horizontale et dirigée vers l'extérieur du boîtier alors que la première portion (25) est verticale. Une deuxième cambrure (28) relie la deuxième portion (26b) à la première portion (25). Cette configuration de la grille de connexions (3) permet de souder la deuxième portion (26b) sur un montage électrique en éliminant l'incidence des différences de dilatation et donc les risques de rupture des liaisons électriques. La figure 3 représente une coupe d'un troisième exemple d'un socle de boîtier d'encapsulation réalisé selon le procédé de fabrication de l'invention. Sur cette figure, les mêmes éléments que ceux de la figure précédente portent les mêmes références. Chaque ruban métallique a une partie interne (7c) au boîtier disposée sur le dessus (23) des parois latérales (il, 12, 13, 14) et reliée électriquement au circuit intégré qui est encapsulé et une partie externe (8c) qui est constituée d'une première portion (25c) scellée au boîtier par des liaisons verre-métal s'établissant entre elles et la face latérale (24) extérieure des parois latérales (11, 12, 13, 14) et reliée à la partie interne (7c) par une première cambrure (27) placée sur l'angle (29) du rebord (32) de l'armature en verre (2) et qui est constituée d'une deuxième portion (26c) horizontale et dirigée vers l'extérieur du boîtier tandis que la première portion (25c) est verticale, une deuxième cambrure (28) reliant la deuxième portion (26c) à la première portion (25c). La couche en verre (4c) est placée sur la face supérieure (31) de la deuxième portion (26c) et vient contre la première portion (25c) recouvrant la deuxième cambrure (28) et la première cambrure (27). Des liaisons verre-métal s'établissent entre la couche en verre (4c), la deuxième portion (26c), la première cambrure (27) et la deuxième cambrure (28).La face inférieure (30) de la deuxième portion (26c) est au contact de l'air lorsque le boîtier n'est pas connecté et sert de plateforme de soudure pour réaliser la liaison électrique entre le boîtier et le montage électrique en évitant les risques de rupture des liaisons électriques sous l'effet de la dilatation. Ainsi que dans les exemples précédents, le socle réalisé sur cette figure présente une grande compacité. La figure 4 représente les différents éléments de l'embase avant assemblage selon le procédé de l'invention. Sur cette figure 4, sont placés successivement de haut en bas le cadre métallique 5, le cadre de verre 4, la grille de connexions 3, le fond métallique de l'embase 6, et le fond en verre 2. Ces différents éléments sont assemblés dans l'ordre représenté sur cette figure au cours du procédé selon l'invention. Le cadre métallique 5 est posé sur le cadre en verre 4 dont il a sensiblement les mêmes dimensions (voir figure précédente), celuici étant posé sur les parties horizontales telles que 62 des contacts de la grille de connexions 3. Le fond métallique 6 est disposé dans le fond en verre 2 dont il épouse dans ce cas précis, sensiblement les formes. En effet, ce fond en verre 2 comporte lui-même un rebord 71 formant une cuvette autour d'une partie plane 70. Le fond métallique 6 vient sensiblement combler la différence de hauteur entre le rebord 71 et la partie plane 70 (le fond 6 aura une épaisseur inférieure ou tout au plus égale à la hauteur d représentée sur la coupe AA du fond 2). Le rebord 71 de ce fond en verre vient se positionner sous les parties 62 des contacts électriques de la grille de connexions, de manière à ce que l'extré mité 61 de ces contacts arrive sensiblement au bord intérieur d ce rebord 71. Il est important bien entendu d'éviter tout risque de courtcircuit électrique entre le fond 6 et les contacts 61. La grille de connexions 3 possède une pluralité de contacts électriques formés de différentes branches telles que 59, 60, 61 et 62.Cette grille peut etre obtenue directement par emboutissage puis cambrage de la manière représentée sur cette figure. Toutefois, il est beaucoup plus aisé de réaliser cette grille en quatre éléments distincts 58, 63, 64 et 65, ces éléments étant respectivement délimités (en pointillés sur la figure) par les lignes 53 et 54, 55 et 56, 57 et 50, 51 et 52. Chacune de ces parties indépendantes 58, 63, 64 et 65 sera positionnée sur le rebord correspondant 71 du fond en verre 2. Chacune de ces parties telles que 58 comporte une pluralité de contacts, chacun de ces contacts comportant successivement une partie plane 59 suivie par une partie sensiblement verticale 60 puis par une partie de même largeur que 60 mais à nouveau horizontale 62, ellemême prolongée par un contact électrique large 61. Pour faciliter l'assemblage ou frittage dans le four, ces différents éléments seront disposés dans un positionneur en graphite non représenté sur la figure, ayant une forme sensiblement complémentaire de ces différents éléments. On positionnera d'abord le fond en verre 2 dans lequel viendra se loger le fond métallique 6, puis les différentes parties de la grille de connexions 3 viendront s'appuyer sur le rebord 71 du fond ?. l'ensemble étant coiffé successivement par le cadre en verre 4 et le cadre métallique 5. Il est à noter ici que le fond en verre 2 a lui-même la forme d'une cuvette de profondeur d. Bien entendu, ceci n'est pas indispensable en particulier lorsqu'on ne met pa#s de fond métallique 6 à l'intérieur de l'embase. Toutefois, dans la majorité des cas, celleci est nécessaire. Le cadre métallique 5 permettra la fixation ultérieure du capot du boîtier dont l'embase vient d'être décrite, après fixation et connexion du semiconducteur dans l'embase. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une embase de boîtier d'encap sulation pour circuit intégré, ladite embase ayant sensiblement la forme d'une cuvette munie d'une pluralité de connexions électriques s'étendant de l'intérieur de la cuvette à l'extérieur de celle-ci, caractérisé en ce que l'on réalise tout d'abord une grille métallique (3) d'interconnexions électriques que l'on dispose entre un fond (2) à base de verre et un cadre à base de verre (4), celui-ci étant ensuite revêtu d'un cadre métallique (5), l'ensemble des cadres et du fond formant une cuvette, la grille d'interconnexions (3) étant disposée par rapport à ces éléments de façon telle que chaque connexion s'étende de l'intérieur vers l'extérieur de la cuvette, la grille, le fond et les cadres étant ensuite rendus solidaires les uns des autres par élévation de température au-dessus du point de ramollissement du verre. 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une plaque métallique (6) est déposée sur le fond en verre (2) avant l'étape de solidarisation, cette plaque ayant des dimensions telles qu'elle n'est pas en contact électrique avec les connexions de la grille (3). 3. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les matériaux métalliques et les matériaux à base de verre constituant les éléments de l'embase sont choisis de sorte que leurs coefficients de dilatation thermique soient proches les uns des autres. 4. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la grille de connexions, le cadre métallique et/ou le fond en verre (6) sont en alliage à base de fer-nickel et/ou cobalt. 5. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le verre est choisi parmi les verres borosilicates etfou les verres sodocalciques, accordés au métal des éléments de l'embase. 6. Procédé de fabrication selon l'une des revendications I à 5, caractérisé en ce que le matériau à base de verre comporte jusqu'à 80% en poids d'alumine. 7. Procédé de fabrication selon l'une des revendications I à 6, caractérisé en ce que l'ensemble des pièces de l'embase sont assemblées dans un positionneur en graphite, chargées dans un four sous atmosphère neutre, la solidarisation étant réalisée à une température comprise sensiblement entre 9500C et l0500C. 8. Embase de boîtier d'encapsulation pour circuit intégré, caractérisée en ce qu'elle est constituée par un ensemble (3) de connexions métalliques prises en sandwich entre un cadre et (4) un fond (2) d'embase en verre, formant une cuvette, chaque connexion s'étendant de l'intérieur à l'extérieur de la cuvette. 9. Embase selon la revendication 8, caractérisée en ce que la cadre en verre est recouvert d'un cadre métallique (5). 10. Embase selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce que le fond (2) et/ou le cadre (4) à base de verre contiennent jusqu'à 80% en poids d'alumine. Il. Embase selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisée en ce que le verre constituant le fond et/ou le cadre est un verre choisi parmi les borosilicates et les verres sodocalciques. 12. Embase selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisée en ce que les connexions métalliques et/ou le cadre métallique sont en alliage fer-nickel ou fer-nickel-cobalt.