Brevet FR2550009A1 — publié le 19850201

C 009 BOITIER DE COMPOSANT ELECTRONIQUE MUNI D'UN CONDENSATEUR. L'invention a pour objet un boîtier constitué d'une embase portant un circuit ou un composant électronique, recouverte d'un capot, le boîtier comportant en outre un condensateur. On entend dans la présente description par "composant" tout 5 composant passif ou actif, discret ou intégré, ainsi que tout circuit électronique (circuit hybride par exemple) susceptible d'être mis sous bottier. Ainsi qu'il est connu, il est fréquent qu'un composant ou circuit 10 électronique nécessite un ou plusieurs condensateurs auxiliaires, notamment pour le découplage, qui ne peuvent pas être intégrés sur le même substrat que le composant considéré; ce ou ces condensateurs sont donc ajoutés sur la carte de circuit imprimé qui porte le composant et son boîtierey occupant une surface importante par 15 rapport à celle du composant, ce qui est en contradiction avec le souci d'augmentation de densité qui est de règle sur les matériels actuels. Pour pallier cet inconvénient, il est connu par la demande de 20 brevet français 79-11852, au nom de THOMSON-CSF, d'utiliser l'embase du boîtier pour y réaliser un condensateur A cet effet, on choisit une embase en céramique, qui constitue -le diélectrique du condensateur, et on la recouvre des métallisations nécessaires pour constituer les armatures de ce condensateur Toutefois, cette solu25 tion est peu adaptée à certaines applications, notamment celles qui utilisent des composants de puissance ou à haut degré d'intégration: en effet, l'embase d'un boîtier doit présenter des propriétés thermiques particulières, parmi lesquelles on peut citer un coefficient 255 C 009 de dilatation thermique aussi proche que possible de celui du matériel semi-conducteur utilisé, le plus fréquemment le silicium ce qui conduit en général à choisir de l'alumine pour l'embase, ainsi qu'une bonne conduction thermique pour l'évacuation des calories. Ces différentes exigences ne sont pas forcément compatibles avec 5 la réalisation d'un condensateur, principalement pour ce qui est de la constante diélectrique de l'embase et l'apparition de couplages parasites capacitifs entre les connexions du circuit et celles du condensateur. Une deuxième structure a été proposée et décrite dans la demande de brevet français 82-11402, au nom de CIMSA, dans laquelle l'embase présente une structure optimisée sur le plan thermique et la fonction capacitive est réalisée sur ou dans le capot du bottier Cette structure, si elle permet d'éviter les problèmes précédents, conduit toutefois dans certains cas à des difficultés de réalisation du fait que, lors de la fixation du capot sur l'embase, il est nécessaire de procéder à la fois au scellement du capot sur l'embase et à la réalisation des connexions électriques du condensateur avec le reste du circuit En outre, ainsi qu'il est connu, les 20 composants actuels tendent à traiter des signaux dont le potentiel est de plus en plus bas avec des temps de réponse de plus en plus rapides: la conséquence en est que pour ces circuits, il est nécessaire de réduire au maximum l'impédance des interconnexions condensateur- composant qui, on le rappelle, est proportionnelle à la 25 racine darrée du rapport L/C; à cette fin, il est nécessaire de réduire l'inductance L que présentent ces connexions, ce qui s'obtient notamment en réduisant leur longueur Pour certaines applications, il peut être souhaitable de réduire encore cette impédance par rapport à ce qui est obtenu pour une structure du type de 30 celle qui est décrite dans la demande de brevet 82-11402 précitée. La présente invention a pour objet un bottier comportant un condensateur, qui permette de répondre à ces divers impératifs 255 C 009 grâce au fait que la fonction capacitive est réalisée par un composant discret, placé au-dessus du composant électronique, à l'intérieur de son boîtier. Plus précisément, selon l'invention, un boîtier de composant 5 électronique, comportant une embase sur laquelle est fixé le composant et un capot fixé sur l'embase, comporte en outre au moins un condensateur, placé entre le composant et le capot et connecté électriquement à l'embase. D'autres objets, caractéristiques et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, illustrée par les figures annexées qui représentent: la figure la, le schéma général d'un mode de réalisation, vu en coupe, du boîtier selon l'invention et la figure lb, une vue en 15 coupe partielle d'une autre partie de ce boîtier; les figures 2, a et b, respectivement une vue en coupe et une vue de dessus d'un mode de réalisation du condensateur placé dans le boîtier selon l'invention; les figures 3, a, b et c, trois variantes de réalisation du mode 20 de connexion électrique du condensateur au 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 la, on a donc représenté un boîtier pour l'encapsulation par exemple d'un circuit électronique intégré réalisé sur une pastille 3 de matériau semi-conducteur, par exemple de silicium Ce boîtier se compose principalement d'une embase 1, portant le composant 3, d'un capot 2, fixé sur l'embase 1 de façon à enfermer 30 le composant 3 hermétiquement, et d'un condensateur 4 placé dans le boîtier. A titre d'exemple, on a représenté un boîtier d'un type particulier, connu sous le nom de "Chip Carrier" dans la littérature anglo-saxonne, qui présente la particularité d'être dépourvu de broches de connexion, celles-ci étant remplacées par de simples métallisations ( 55) sur la partie inférieure de l'embase 1. L'embase 1 est réalisée en un matériau qui doit être rigide, de préférence isolant électrique et présentant certaines qualités ther5 miques, ainsi qu'il a été évoqué plus haut, à savoir principalement une bonne conduction thermique et un coefficient de dilatation aussi proche que possible de celui du circuit 3; l'embase peut donc être par exemple en plastique, en verre, en céramique, etc; dans le cas le plus fréquent en pratique o le circuit 3 est en silicium, l'embase 10 peut être avantageusement en alumine L'embase se compose dans cet exemple de quatre parties distinctes, repérées respectivement Il, 12, 13 et 14 La première partie ( 11) est en forme de plaquette et supporte le composant 3; les trois autres parties sont constituées chacune d'un anneau, les anneaux étant concentriques et disposés 15 l'un au-dessus de l'autre autour du composant 3, avec un diamètre intérieur croissant, de façon à permettre les connexions électriques entre composant, le condensateur 4 et l'extérieur Le composant 3 est donc fixé sur la face supérieure de la plaquette 11, par exemple par brasure sur une métallisation non représentée. Les connexions sont réalisées de la façon suivante Les points de connexion du composant 3 sont reliés chacun-par des conducteurs, tels que 50, à des pistes conductrices 51 disposées sur la partie supérieure du premier anneau 12 de l'embase 1 Ces pistes 51 sont connectées au reste du dispositif de trois façons différentes selon la 25 fonction qu'elles remplissent: dans une première façon, illustrée à titre d'exemple sur la partie gauche de la figure la, les pistes 51 aboutissent à des puits conducteurs 52, traversant l'anneau 13 de part en part et réalisant les connexions électriques entre les pistes 51 et des pistes 53, 30 portées par la surface supérieure de l'anneau 13; le condensateur 4 est muni de connexions 40 qui sont également connectées aux pistes 53; les pistes 53 aboutissent à des demi-trous 15, sensiblement en forme de demi-cylindres réalisés dans l'épaisseur de l'embase 1, à sa périphérie, dans lesquels des connexions repérées 54 les relient aux connexions 55 du boîtier; ce premier mode de connexion a pour double fonction d'alimenter le condensateur 4 à partir de l'extérieur et de distribuer ensuite au composant 3 l'énergie stockée dans le condensateur; la deuxième façon, illustrée à titre d'exemple sur la partie droite de la figure la, les pistes 51 comme précédemment sont reliées aux connexions 40 du condensateur 4 par l'intermédiaire des puits 52 et des pistes 53 mais, ici, les pistes 53 ne sont pas reliées à l'extérieur du boîtier; ce mode de connexion a pour seule fonction la 10 distribution au composant 3 de l'énergie stockée dans le condensateur 4; la troisième façon est illustrée sur la figure lb, o on a représenté la fraction du boîtier intéressée par les connexions; les pistes 51 ne sont pas ici reliées au condensateur 4 mais aboutissent 15 sur les connexions 55 du bottier par l'intermédiaire des connexions 54 et des demi-trous 15; ce mode de fonctionnement a pour fonction la transmission des signaux autres que les alimentations (V 1, V 2) et la masse entre le composant et l'extérieur. Les pistes et connexions 51 à 55 sont par exemple réalisées à 20 base de métal réfractaire (tungstène par exemple). Sur l'embase 1, il est connu de fixer un capot tel que 2, destiné à enfermer le circuit 3 de façon hermétique Ce capot peut être métallique ou isolant, réalisé ou non dans le même matériau que l'embase 1 Il est fixé sur l'embase par l'intermédiaire d'un joint 21; 25 dans le cas o embase et capot sont en céramique, le joint est par exemple un scellement verre ou un brasage. Les figures 2, a et b, représentent respectivement une vue en coupe et une vue de dessus d'un mode de réalisation du conden30 sateur 4 de la figure 1. Sur la figure 2 a, on a donc représenté le condensateur 4 réalisé dans cet exemple selon la technologie connue des condensateurs multicouches, c'est-à-dire qu'on dispose alternativement des plaquettes diélectriques 41 à constante diélectrique élevée, par exemple constituées par un matériau diélectrique adapté aux hautes fréquences, du type I (classification NPO) et des métallisations formant armatures, repérées 42, 43 et 44, réalisées par exemple en 5 argent-palladium, le condensateur 4 résultant étant par exemple sensiblement de forme parallélépipédique carré ou rectangle A titre d'exemple, les métallisations de rangs impairs (à partir de la face supérieure du condensateur) sont repérées 42 et reliées par une connexion commune 45, déposée sur la partie latérale du conden10 sateur 4, afin de les connecter à la masse; les connexions de rangs pairs sont reliées à un ou, comme dans l'exemple de la figure, plusieurs potentiels donnés, par exemple les électrodes 43 (au nombre de deux sur la figure) à un premier potentiel V 1 et une électrode 44 à un second potentiel V 2 On obtient de la sorte deux 15 condensateurs. Sur la figure 2 b, on a représenté un exemple de disposition des différentes plaquettes de la figure 2 a. Sur cette figure, on voit que les métallisations de masse 42 20 sont de dimensions légèrement inférieures à celles du condensateur 4 et se prolongent par des languettes 421 vers la périphérie du condensateur De la même façon, les métallisations 43, reliées au potentiel V 1 sont munies de languettes 431, placées aussi près que possible des languettes de masse 421 et en nombre égal Enfin, les 25 métallisations 44 reliées au second potentiel V 2 comportent également des languettes, repérées 441 et en nombre égal aux précédentes, de façon à former des groupes de trois languettes 421, 431, 441, en nombre aussi important que nécessaire à la distribution de l'énergie du condensateur 4 au composant 3. On a ainsi réalisé une structure dans laquelle les connexions de masse et les deux potentiels V 1 et V 2 sont distribués sur le pourtour du condensateur 4, permettant de réduire l'inductance des entréessorties puisque la connexion de masse est placée entre les connexions d'alimentation, aussi proche que possible les unes des autres. Les figures 3, a, b et c, représentent trois variantes de réalisation du mode de connexion électrique du condensateur 4 avec la piste 53 de l'embase I du boîtier selon l'invention. Sur la figure 3 a, on a donc représenté une extrémité du condensateur 4 avec une connexion latérale 46, reliant les électrodes de masse ou de l'un des potentiels V 1 ou V 2 à la connexion 40 10 du condensateur, ainsi qu'une partie du système de pistes ( 51, 52, 53) de l'embase 1. Selon cette première variante, la connexion électrique est faite à l'aide d'un bossage 47 réalisé sur la connexion 40 du condensateur, par exemple par dépôt sérigraphique d'une couche de verre 15 (non représentée) sur l'électrode 40 et la face inférieure du condensateur 4, sauf au niveau du bossage 47, puis d'une couche d'étainplomb sur la partie laissée libre. La figure 3 b représente également les connexions 51 à 53 de 20 l'embase 1 et le condensateur 4. La connexion 46 du condensateur 4 est cette fois réalisée à l'intérieur d'un demi-trou 48, d'une façon analogue aux connexions 54 de l'embase I (figure 1) Dans cette variante, la connexion du condensateur 4 est réalisée par brasage ( 60) entre la connexion 53 de 25 l'embase et la connexion 46 du condensateur. La figure 3 c représente également les connexions 51, 53 de l'embase 1 et le condensateur 4 A la périphérie du condensateur 4 sont réalisés des passages, tels que 47, métallisés ( 48) sur leur 30 périphérie, au droit des languettes 421, 431, 441 (figure 2 b) des métallisations du condensateur 4 Le trou métallisé 47-48 est connecté à la connexion 53 par une soudure 61. Le boîtier qui vient d'être décrit, comportant un condensateur placé audessus du composant et relié à l'embase, présente un certain nombre d'avantages, parmi lesquels, outre les caractéristiques déjà mentionnées, on peut citer: la faible longueur des connexions du condensateur au com5 posant, ce qui permet de diminuer leur impédance le fait que les points de distribution (tels que représentés à droite de la figure la distribués à la périphérie du condensateur 4 constituent autant de connexions qu'il n'est pas nécessaire de sortir du boîtier En effet, le condensateur 4 est alimenté par l'extérieur 10 (masse, V 1, V 2) en quelques points (premier mode de connexion), par exemple de 2 à 10 par un composant à 250 sorties, et il assure une fonction de répartition de l'énergie vers le composant 3 par de nombreuses connexions (de 50 à 100 dans l'exemple précédent) qui n'ont pas ainsi toutes à traverser le boîtier (deuxième mode de 15 connexion); la facilité de mise en oeuvre technologique (choix des matériaux, conditions opératoires, vieillissement) due à la séparation des fonctions scellement/connexion du condensateur; la possibilité de test du composant et de son condensateur 20 avant scellement du boîtier, ce qui permet la réparation. La description faite ci-dessus l'a été à titre d'exemple non limitatif, et c'est ainsi que la plaquette 4 a été décrite comme comportant un condensateur réalisé par la technique multicouche 25 (figure 2): la plaquette 4 peut, dans une variante de réalisation, être un substrat isolant portant un ou plusieurs condensateurs discrets; ces condensateurs, dans l'un ou l'autre des modes de réalisation (multicouche ou discret), sont susceptibles d'être utilisés aussi bien pour une fonction de découplage (quelques centaines de nano Farad 30 par exemple) que pour une fonction de réserve d'énergie (de l'ordre de IF), par exemple; en outre, le condensateur multicouche a été représenté avec des couches parallèles à l'embase, mais celles-ci peuvent lui être perpendiculaires Par ailleurs, une plaquette telle que 4 peut comporter d'autres composants actifs ou passifs à côté d'un ou plusieurs condensateurs, tels que inductances, résistances ou batteries de secours Egalement, les connexions internes du condensateur 4, dans le cas o il s'agit d'un condensateur multicouche, ne sont pas obligatoirement réalisées à la périphérie du condensateur 5 mais peuvent l'être en tout point Enfin, on a représenté, figure 1, un boîtier du type chip-carrier à quatre étages, mais l'invention est applicable à tout type de boîtier classique, muni de broches de connexion, avec un nombre quelconque d'étage, la seule condition étant d'éviter tout contact électrique entre la surface du compo10 sant, celle du condensateur et le capot, au moins lorsque celui-ci est métallique Dans cet ordre d'idée, la présence de l'anneau 12 n'est pas indispensable; l'anneau 13 peut être remplacé par un anneau solidaire du condensateur 4 et l'anneau 14 par un anneau solidaire du capot 2. REVENDICATIONS 1 Boîtier de composant électronique comportant une embase ( 1) sur laquelle est fixé le composant ( 3) et un capot ( 2) fixé sur l'embase, caractérisé par le fait que le boîtier comporte en outre au moins un condensateur ( 4), placé entre le composant ( 3) et le capot ( 2) et connecté électriquement à l'embase ( 1). 2 Boîtier selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le condensateur ( 4) est du type multicouches. 3 Boîtier selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins deux condensateurs superposés, connectés à la masse et respectivement à au moins deux tensions distinctes (V 1, V 2). 4 Boîtier selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que chacune des armatures du condensateur présente une languette ( 421, 431, 441), s'étendant vers la périphérie du condensateur, de sorte que les languettes des armatures électriquement reliées soient les unes au-dessus des autres. 20 Boîtier selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les languettes ( 421, 431, 441) sont reliées par des trous métallisés ( 47, 48). 6 Boîtier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'embase ( 1) comporte au moins une plaquette ( 11) et trois anneaux ( 12, 13, 14) concentriques, placés les uns audessus des autres sur la plaquette et autour du composant ( 3), de diamètre intérieur croissant, les connexions ( 50) du composant ( 3) 30 étant reliées à des premières pistes conductrices ( 51) portées par le premier anneau ( 12), les connexions ( 40) du condensateur ( 4) étant reliées à des deuxièmes pistes conductrices ( 53) portés par le 255 C ( 009 1,1 deuxième anneau ( 13), les premières ou deuxièmes pistes débouchant à l'extérieur du boîtier, des moyens de connexion ( 52) traversant le deuxième anneau pour relier les première et deuxième pistes conductrices, le capot ( 2) étant fixé sur le troisième anneau ( 14). 7 Bottier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le condensateur ( 4) est un condensateur de découplage. 8 Boîtier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le condensateur ( 4) est une réserve d'énergie.