Brevet FR2538618A1 — publié le 19840629

BOITIER POUR COMPOSANT ELECTRONIQUE COMPORTANT UN ELEMENT FIXANT L'HUMIDITE La présente invention a pour objet un boîtier hermétique pour composant ou circuit électronique qui comporte un élément assurant l'absorption de l'humidité. On sait que le contaminant ayant le rôle le plus important -et néfaste sur le plan de la fiabilité d'un composant, d'un circuit intégré, sur une pastille de silicium, ou d'un circuit hybride, est la teneur en eau de l'ambiance environnante En effet, notamment, l'humidité corrode les plots de connexion des circuits, qui sont généralement en aluminium (par hydrolyse de l'aluminium); elle permet également aux ions de se solubiliser, ce qui renforce la corrosion Cet effet est très sensible sur les circuits intégrés, et il l'est d'autant plus que l'échelle d'intégration est plus élevée, c'est-à- dire que les plots et connexions sont plus petits. Il existe plusieurs causes à la présence de molécules d'eau dans un boîtier renfermant un composant ou un circuit électronique Tout d'abord, si des précautions particulières ne sont -pas prises lors de la fermeture du boîtier, celui-ci enferme de l'air ambiant avec son taux d'humidité habituel (couramment de 60 à 70 %) Pour diminuer cet effet, il est connu d'éliminer les molécules d'eau autant que possible avant scellement du capot du boîtier et de réaliser ce scellement de façon aussi étanche que possible; cela est réalisé par exemple par brasure étain-or, par scellement verre, sous atmosphère sèche comme de l'azote à moins de 2 ou 3 ppm d'H 20 Toutefois, même dans ces conditions, d'une part il reste des molécules d'eau dans le boîtier et, d'autre part, le boîtier présente toujours des fuites Lors des variations de température auxquelles sont généra- lement soumis les boîtiers, il se produit un effet de pompage à travers Jes fuites: à froid, la dépression intérieure conduit a ad- mettre dans le boîtier de l'air extérieur à humidité ambiante; les molécules d'eau ainsi admises sont au moins partiellement fixées chimiquement (absorption) ou physiquement (adsorption) par les éléments situés à l'intérieur du boîtier (le circuit, l'aluminium, les verres utilisés à la passivation, etc); lors d'une élévation de tempé- rature, le gaz rendu à l'extérieur contiendra donc moins de molé- cules d'eau que celui qui avait été initialement admis Il apparaît donc que le nombre de molécules d'eau tend à croître à l'intérieur du boîtier. Il existe également des sources internes à l'accroissement de l'humidité dans le boîtier Elles sont de deux sortes: d'une part, les molécules d'eau adsorbées et absorbées par le circuit et les éléments constitutifs du boîtier vont être libérées au cours de la vie du composant Pour pallier cet inconvénient, on procède habituellement à un dégazage avant encapsulation à une température voisine de 150 'C, mais celui-ci est insuffisant: on sait en effet qu'il est encore possible de trouver des groupements OH à une température supérieure à 10000 C-; d'autre part, il se produit une génération de molécules d'eau à l'intérieur du boîtier pendant la vie de celui-ci, due notamment à la recombinaison chimique des groupements OH et des protons, à des réactions de dévitrification dans les boîtiers contenant des verres pour les couches de passivation des circuits imprimés, etc. Une solution connue à ce problème de l'humidité est d'incor- porer un circuit électronique assurant la détection de l'humidité et fournissant une alarme lorsque l'humidité à l'intérieur du boîtier dépasse une certaine limite prédéfinie Lorsque le seuil d'alarme est atteint, le composant est considéré comme hors d'usage et rem- placé Il apparaît donc que cette solution est chère à double titre: d'une part parce qu'elle oblige à incorporer un circuit détec- teur au boîtier et, d'autre part, parce qu'elle n'empêche pas que la vie du composant soit limitée par le problème de l'humidité. La présente invention a pour objet un boîtier permettant d'éviter ces inconvénients grâce à l'incorporation dans ce dernier d'un dispositif susceptible de fixer Jes molécules d'eau au fur et à 2 538618 3. mesure de leur entrée ou de leur création dans le boîtier, tout au long de la vie du composant. Plus précisément, l'invention a pour objet un boîtier pour composant électronique, comportant une embase destinée à recevoir le composant et un capot recouvrant le composant et fixé sur l'embase de façon étanche, ledit boîtier comportant en outre, disposé à l'intérieur de celui-ci, un élément assurant la fixation des molécules d'eau. Il en ressort que le dispositif selon l'invention est de réalisa- tion relativement simple et qu'il permet en outre de prolonger la vie du composant: en effet, les molécules d'eau étant fixées dans un matériau placé à cet effet, elles n'entraineront pas les détério- rations mentionnées plus haut. D'autres objets, caractéristiques et résultats de l'invention ressortiront de la description qui suit, illustrée par les dessins annexés qui représentent: la figure 1, une vue de dessus d'un mode de réalisation du boîtier selon l'invention; la figure 2 (a, b et c), des variantes partielles vues de dessus (a) et en coupe (b et c), de la figure précédente; la figure 3, une vue en coupe d'un autre mode de réalisation du boîtier selon l'invention. Sur ces différentes figures, d'une part les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments et d'autre part l'échelle réelle n'a pas été respectée, pour la clarté de l'exposé. Sur la figure 1, on distingue donc vu de dessus un boîtier, par exemple de type "chip carrier", repéré Cc; il est composé d'une embase E par exemple en céramique et d'un capot CA, en métal ou en céramique par exemple, dont on n'a représenté que la trace sur l'embase E. Sur l'embase E est déposé un composant électronique CE qui est, dans -cet exemple, un circuit intégré réalisé sur une pastille semi-conductrice Le composant CE comporte différents plots de connexion tels que l et 2, situés à sa périphérie L'embase E porte 2538618 t un certain nombre de conducteurs sous forme de dépôts métalliques tels que 21 ou 22, qui s'étendent jusqu'à la périphérie de l'embase. Ainsi qu'il est connu, les dépôts conducteurs se-prolongent dans ce type de boîtier à l'intérieur de demi-trous 20, réalisés sur la tranche de l'embase, et s'achèvent sur le dessous de l'embase o ils consti- tuent les connexions de sortie du boîtier Enfin, les plots de connexion ( 1, 2) du composant CE sont reliés aux conducteurs -de l'embase ( 21, 22) par des fils de connexion tels que 24 Il a été représenté en outre, à titre d'exemple, l'un des conducteurs ( 21) de l'embase reliée à la masse. Selon l'invention, l'embase porte encore un composant A com- portant un élément 13 susceptible de fixer les molécules d'eau. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, le composant A est un composant rapporté sur l'embase, c'est-à-dire que l'élément 13 est déposé sur un substrat sur lequel est réalisé l'ensemble du composant A, ce substrat étant déposé sur l'embase E. Il comporte deux plots de connexion 11 et 12 reliés respectivement à deux des conducteurs tels que 22 portés par l'embase, les plots 11 et 12 étant reliés à un élément conducteur électrique non visible sur la figure, dont la fonction est précisée ci-après. L'élément fixateur 13 peut être constitué par tout -matériau susceptible de fixer des molécules d'eau et ce, de préférence, même_ lorsque la concentration de ces molécules est très faible Plus précisément, il peut être constitué par exemple par un verre poreux absorbant connu sous le nom de "Zéolithe" ou encore de -"tamis moléculaire" dans la technique des pompes à vide Afin de rendre maximum la capacité de fixation des molécules d'eau par l'élé- ment 13, il est préférable de lui faire subir un traitement (dégazage) tel que le nombre de molécules d'eau qu'il porte au moment de la fermeture du boîtier soit minimum Cela est réalisé par apport d'énergie à l'élément 13, par exemple pendant l'opération habituelle de dégazage du boîtier (avant scellement du capot sur l'embase), par tout moyen connu et en particulier dans le mode de réalisation décrit -ci-dessus par une résistance chauffante reliée aux plots Il et 12 L'élément fixateur 13 peut être également constitué par un alliage de métaux dont l'un au moins est réactif à l'humidité, tel que le silicium, le titane, le zirconium, le tantale, le vanadium, l'alumi- nium, etc; un tel alliage peut être par exemple de l'or-silicium. Dans ce cas, la fixation de l'eau est donc réalisée par réaction chimique - La figure 2 a représente une vue partielle de dessus d'une variante de réalisation de la figure précédente Sur cette figure, on retrouve une portion de l'embase E, la trace du capot CA' et quelques conducteurs tels que 22 parmi lesquels deux qui sont repérés 25 et 26. Selon la variante de la figure 2 b, qui représente une vue en coupe réalisée selon l'axe XX de la figure 2 a, la résistance est constituée par un matériau résistif repéré 15, déposé directement sur l'embase E et partiellement sur l'extrémité des conducteurs 25 et 26, par exemple par sérigraphie; il est recouvert, après cuisson, par le matériau constituant l'élément fixateur 13, qui est seul visible sur la vue de dessus de la figure 1 ou de la figure 2 a, et qui peut être également déposé par sérigraphie - Dans le cas o l'élément fixateur 13 est un alliage métallique, on isole électriquement le matériau résistif 15 de l'alliage, par exemple par une mince couche de verre. Dans une variante de réalisation du dispositif de la figure 2 b, l'ordre des couches 13 et 15 peut être inversé. Selon une autre variante, représentée sur la figure 2 c, vue en coupe toujours selon l'axe XX, on utilise un matériau fixateur qui est en même temps conducteur, ce qui évite la couche résis- tive 15: dans ce cas, ce matériau, repéré 16, est directement dépo- sé sur l'embase E et l'extrémité des conducteurs 25 et 26 Le maté- riau 16 peut être réalisé à partir d'un matériau résistif plastique tel qu'une encre de sérigraphie à base d'oxyde de Ruthénium, d'Argent Palladium, d'Argent Platine, etc dont on accroît la surface spéci- fique, réalisant ainsi un matériau poreux susceptible de fixer les molécules d'eau. Il est également possible d'éviter la couche résistive 15 lorsque l'élément fixateur 13 est un alliage métallique: il suffit de choisir les composants de l'alliage de façon à obtenir un composé résistif. Dans l'une ou l'autre des variantes décrites ci-dessus, le composant A ne nécessite qu'une seule connexion 22 laissée libre par le composant électronique CE, la seconde connexion pouvant être la connexion 21 de masse. Par ailleurs, dans ces différentes variantes, lorsque l'élément fixateur est constitué d'un alliage, afin d'améliorer son pouvoir de fixation de molécules d'eau au cours de la vie du composant, il est possible de le chauffer à nouveau de temps à autres, pendant une durée de l'ordre de quelques minutes, afin de permettre aux atomes du métal réactif de diffuser vers la surface en contact avec l'atmosphère du boîtier, à travers la couche d'oxyde déjà formée. La figure 3 représente un autre mode de réalisation du boîtier selon l'invention, vu en coupe longitudinale. Sur cette figure, on retrouve l'embase E portant le compo- sant CE Celui-ci est relié électriquement par ses plots 1 et 2 et par l'intermédiaire de fils de connexion 24 aux conducteurs 22 de l'em- base E, passant dans les demi-trous 20 Le boîtier comporte encore un capot CA, destiné à être scellé sur 1 'embase E par l'intermédiaire d'un verre de scellement 27. Dans ce mode de réalisation, le matériau fixateur 13 est porté par l'intérieur du capot CA o il est déposé par exemple par sérigraphie. L'avantage de cette variante par rapport aux précédentes est double Le premier aspect est que le matériau 13 peut y être déposé en plus grande quantité que sur l'embase elle-même, et le second aspect est la possibilité de réaliser de façon simple l'apport d'éner- gie au matériau 13 préalablement au scellement du capot CA sur l'embase E En effet, ainsi qu'il est connu, cette opération de scellement nécessite un chauffage du capot soit dans un four, soit localerrment Lorsque le chauffage est réalisé localement, le capot est chauffé par -un outil 30 à une température de l'ordre de 500 à 650 , opération qui entraîne donc également le chauffage de la couche 13 et le dégazage recherche. Bien entendu, les différents modes de réalisation décrits ci- dessus peuvent être utilisés cumulativement. Par ailleurs, l'invention n'est pas limitée aux modes de réali- sation décrits ci-dessus C'est ainsi par exemple qu'il a été décrit un boîtier de type '"chip carrier" plan portant une seule pastille de silicium mais l'invention est applicable à tout type de boîtier (DIL, CERDIP, etc) plan ou à plusieurs niveaux, que ce soit pour composant discret, pour circuit intégré ou pour circuit hybride, et le terme de "composant" est utilisé dans la présente demande par simplification, étant entendu qu'il désigne l'un quelconque de ces trois éléments De même, le boîtier décrit cidessus comme étant en céramique ou métal, peut être en plastique, en totalité ou partiel- lement (embase ou capot) Egale-ment, l'apport d'énergie nécessaire au dégazage du matériau fixateur des atomes d'eau-peut être réalisé autrement que par chauffage, par exemple par irradiation ultra- violette. R E V E N D I C A T I O N S REVENDICATIONS 1 Boîtier pour composant électronique, comportant une em- base destinée à recevoir le composant et un capot recouvrant le composant et fixé sur l'embase de façon étanche, ledit boîtier étant caractérisé par le fait qu'il comporte en outre, disposé à l'intérieur de celui-ci, un élément ( 13, 16) assurant la fixation des molécules d'eau. 2 Boîtier selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément de fixation ( 13, 16) est porté par un substrat disposé sur l'embase (E) ou sur le capot (CA). 3 Boîtier selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément de fixation ( 13, 16) est porté par l'embase (E). 4 Boîtier selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'Pélément de fixation ( 13)-est porté par le capot (CA). Boîtier selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un matériau électriquement résistif ( 15) en contact thermique avec l'élément de fixation ( 13), et que, l'embase (E) comportant des connexions électriques ( 21, 22) assurant la liaison entre l'intérieur et l'extérieur du boîtier, le matériau résistif ( 15) est relié à deux de ces connexions. 6 Boîtier selon l'une des revendications I à 3, caractérisé par le fait que l'élément de fixation ( 16) est en outre susceptible de conduire le courant électrique -avec un dégagement de chaleur réalisant un dégazage du matériau ( 16), et que, l'embase (E) compor- tant des connexions électriques ( 21, 22) assurant la liaison entre l'intérieur et l'extérieur du botier, l'élément de fixation est relié à deux de ces connexions. 7 Boîtier selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'élément fixateur ( 13) comporte du zéolithe. 8 Boîtier selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'élément fixateur ( 16) est un matériau poreux comportant une encre de sérigraphie et un matériau électriquement conducteur. 9 Boîtier selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'élément fixateur comporte un alliage de métaux dont l'un au moins est chimiquement réactif à l'eau.