Brevet FR2568443A1 — publié le 19860131

BOITIER A FERMETURE A FROID SUPPORTANT LES HAUTES TEMPERATURES La présente invention se rapporte au domaine connu dans la technique sous le nom d'encapsulation. Cette notion concerne la protection, contre les causes de dégradation diverses dues à l'envi- ronnement, de dispositifs tels que, par exemple, des circuits intégrés à l'état solide, des relais électro-mécaniques, des résonateurs piézoélectriques. Deux causes principales de dégradation sont constatées en pratique, l'une liée à des phénomènes de corrosion chimique-oxyda- tion par l'oxygène de l'air-atmosphères acides ou basiques air salin - l'autre à la vapeur d'eau. Dans tous les cas, la solution du problème est obtenue en enfermant le dispositif à protéger dans une enceinte étanche, qui est habituellement désignée sous le nom de boîtier. De plus, le choix de l'atmosphère gazeuse intérieure étant librement déterminable, on peut alors effectuer un remplissage de gaz chimiquement neutre tel que l'azote, l'hélium, ou un mélange hélium-néon. Dans certaines applications, telles que les tubes élec- troniques par exemple, on peut même créer un vide élevé, de l'ordre de 10-6mm de mercure. Pour la réalisation pratique des bottiers, il a été fait jusqu'à maintenant appel soit à un métal, soit à un verre, un boîtier étant, dans l'un ou l'autre cas, constitué par la réunion et la soudure d'un capot sur une embase, après avoir fixé le dispositif à encapsuler sur celle-ci. Cependant, il a été constaté que, au cours de l'utilisation du dispositif ainsi encapsulé, la composition de l'atmosphère intérieure évolue avec le temps, des impuretés telles que des traces de l'air ambiant lors de la fermeture, et de vapeur d'eau, se dégageant progressivement. Ces impuretés sont retenues sur la face interne des boîtiers par les phénomènes de l'absorption et de l'adsorption, dans des proportions beaucoup plus importantes pour les surfaces métalliques que pour les surfaces de verre par exemple. En pratique, cependant, malgré les avantages présentés par les boîtiers de verre, on met le plus souvent en oeuvre dans l'industrie les bottiers de métal de bonne soudabilité, cuivre ou acier, recou- verts de couches de métaux peu oxydables, tels que le nickel, l'or ou une succession des deux, soit le maillechort, alliage de cuivre, de nickel et de zinc, o l'on a maintenu une faible teneur de ce dernier métal. Par rapport aux dispositifs de l'art connu, le boîtier de l'invention présente de nombreux avantages notamment: - celui de résister à de hautes températures, - celui d'être fermé par fermeture COLDWELD à froid ce qui ! 5 permet de n'entrainer aucune contrainte lors de celle-ci. L'invention a pour objet un boîtier à fermeture à froid supportant les hautes températures comportant un élément à pro- téger, une embase et un capot muni d'une collerette réalisés de manière à permettre par leur mise en contact cette fermeture à froid et l'encapsulation de cet élément, l'embase comportant au moins deux perçages dans lesquels sont introduits des broches de manière à assurer les connexions électriques avec cet élément, caractérisé en ce que cette embase comprend une coupelle et une platine métallique, les broches étant solidaires de cette platine et isolées par rapport à celle-ci et en ce que ce boîtier est un boîtier étanche qui comporte au moins deux colonnes internes au capot et solidaires de cette platine de manière à suspendre cet élément, et une broche de masse brasée sur cette coupelle. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre non limitatif, en relation avec les dessins annexés qui représentent: - la figure 1, un boîtier selon l'invention en vue de dessous; - la figure 2, une vue en coupe du boîtier selon l'invention; - la figure 3, un élément du boîtier selon l'invention; - les figures 4 et 5, deux exemples de réalisation du boîtier selon l'invention. L'invention est donc illustrée aux figures I et 2; o la figure I est une vue de dessous du bottier et la figure 2 une vue en coupe selon la coupe AA représentée en figure 1. Le boîtier selon l'invention comporte une embase et un capot 10. Cette embase est constituée de: - une coupelle 2 emboutie, - une platine I métallique. La coupelle 2 et la platine I sont reliées entre elles par une brasure o tout autre procédé permet d'obtenir une liaison de qualité. Dans l'ensemble ainsi constitué, on réalise des perçages des- tinés à recevoir des broches 5 assurant les connexions électriques. L'isolation électrique est assurée par exemple par des billes de verre 6 serties à chaud, ou par tout autre matériau isolant scellé par tout autre procédé. L'enverrage s'effectue dans la platine 1. Il est d'ailleurs possible d'effectuer un enverrage global de l'intérieur de la coupelle 2. Ainsi à la figure 2, les connexions S se présentent sous la forme de broches dont chacune est maintenue en position par une traversée isolante 6. On utilise classiquement à cet effet une perle de verre. Chaque broche 5 présente une partie dépassant à l'exté- rieur du boîtier et une partie dépassant à l'intérieur du boîtier destinée à la soudure d'un fil de connexion du ou des circuits dont doit être muni le boîtier. Le nombre des connexions peut être variable mais au moins égal à deux. Dans la platine I métallique, on dispose au moins deux colonnes 3 métalliques destinées à assurer diverses fonctions en rapport avec l'utilisation du boîtier et notamment de permettre la suspension de l'élément interne au bottier qui peut être par exemple un résonateur. La liaison colonne 3 - platine I est assurée par brasage ou tout autre procédé. Le capot 10 représenté en figure 3 est obtenu par emboutis- sage ou tout autre procédé permettant son obtention. Ce capot 10 possède une collerette 11 métallique de dimension variable. L'épaisseur du matériau utilisé est fonction des dimensions du capot 10 et des conditions d'utilisation. La fermeture capot 10 - embase peut être assurée par soudure à froid ou électrique ou tout autre procédé permettant d'assurer une parfaite étanchéité à un vide inférieur ou égal à quelques 10 6 Torr. L'ensemble doit être en mesure de résister à des variations de température importantes, les matériaux devant être choisis afin de résister à des températures supérieures à 300 C. 1 5 Ainsi, le boîtier de l'invention comporte des perles de verre 6 prises dans la platine métallique I et non pas dans la coupelle 2 de fermeture qui correspondent à autant de pattes ou broches 5. Il comporte aussi au moins deux colonnes 3. La fermeture du boîtier est par exemple une fermeture COLDWELD à froid qui est réalisée entre les collerettes que comportent la coupelle 2 et le capot 10. Une fermeture COLDWELD consiste en un écrasement à froid de deux métaux par fluage et donc par interpénétration des molécules de ces deux matériaux ce qui permet d'obtenir une fermeture étanche très efficace. De plus, cette fermeture ne permet pas une ouverture sans destruction du boîtier. La platine est brasée sur la coupelle. Les perles de verre 6 sont coulées dans la platine. Le boîtier de l'invention peut fonctionner à des températures telles que 420 C, 430 C sans qu'il n'y ait décollage de ces enverrages au niveau de la platine. Pour ce faire, le type de verre employé et le matériau de la platine sont choisis pour avoir des coefficients de dilatation voisins pour des températures variant de 0 à 450 C. Ce boîtier est fermé par exemple dans une enceinte sous vide à une température supérieure à la température ambiante ce qui permet d'améliorer le vide par effet GETTER lors du refroidis- sement ultérieur. De plus, il n'y a plus besoin de queusot de pompage qui entrainait une dégradation du vide à l'intérieur du boitier. Si l'on considère les réalisations illustrées aux figures 4 et 5, le botier de l'invention comporte donc une coupelle 2 et un capot 10. Il comporte en outre au moins une platine 1, cette platine étant une platine inférieure, mais il peut aussi comporter une platine supé- rieure 13, rendue solidaire des colonnes métalliques 3 par exemple par des moyens de maintien 12, de soutien d'un circuit électronique 20, hybride par exemple, ou qui permet la suspension d'un résonateur 14 par l'intermédiaire de ressorts 15. Ce résonateur peut être un quartz de type "BVA", c'est-à-dire de type "Boîtier à vieillissement amélioré" ou de type "QAS", c'est-à-dire "quartz auto-suspendu". Il comporte aussi une sortie de masse 4 brasée dans la coupelle dont la position importe peu. Ainsi, on peut considérer un pas des différentes broches du boîtier tel que celui-ci soit compatible avec celui d'un circuit imprimé pour qu'il y ait ainsi, possibilité de connexion directe. La platine 1 a une rigidité supérieure à celle de la coupelle 2 brasée ce qui permet d'éviter l'apparition de toute contrainte au niveau de la platine I lors de la fermeture du boîtier. Le bottier peut contenir un circuit électrique 20, réalisé en technologie hybride par exemple, qui peut être par exemple un oscillateur complet encapsulé sous vide ce qui permet d'obtenir une diminution de consommation. Cet oscillateur comprend alors un quartz encapsulé ou non. Le capot 10 peut être réalisé par exemple en nickel, en cuivre nickelé, en aluminium traité ou tout autre matériau susceptible d'accepter une fermeture COLDWELD étanche. L'embase comporte donc une coupelle 2 en un matériau analogue à celui du capot pour permettre une fermeture COLDWELD étanche, et une platine I qui peut être en acier par exemple INOX ou aciers spéciaux ou de tout autre matériau possédant un coefficient de dilatation voisin de celui des perles de verre 6 sur une large gamme de température. La brasure entre la platine I et la coupelle 2 est une brasure haute température permettant de fonctionner à des températures supérieures à 450 C. - Les perles de verre 6 peuvent être un scellement DIUVER ferro-nickel, ou en verre au molybdène, ou en verre 740 par exemple ou de tous matériaux compatibles qui tiennent jusqu'à des tempé- ratures d'environ 540 C. Pour éviter que le boîtier ne s'écrouisse naturellement dans le temps, c'est-à-dire que la matière ne se durcisse superficiellement en surface, ce qui entrainerait, du fait de la fermeture et aux endroits en contact, l'apparition de microfissures dans le temps, un dép8t d'or fin est effectué en surface. Ainsi le boîtier est protégé contre toute agression chimique. On peut obtenir un vide à l'intérieur du boîtier inférieur à 10-7 Torr avec un dégazage pour une température supérieure à 350 C. Après avoir réalisé le vide à l'intérieur du boîtier, on peut remplir ce boîtier d'un gaz neutre tel que l'hélium par exemple ce qui permet d'améliorer les paramètres thermiques ou d'un gaz "pureté électronique" tel que le SILANE par exemple qui est une combinaison de gaz neutres. Le boîtier de l'invention présente ainsi de nombreux avantages notamment: - celui de résister à de hautes températures, - celui d'être fermé par fermeture COLDWELD à froid ce qui permet de n'entrainer aucune contrainte au niveau de la platine. REVENDICATIONS 1. Boîtier à fermeture à froid supportant les hautes tempé- ratures comportant un élément à protéger, une embase et un capot (10) muni d'une collerette ( Il) réalisés de manière à permettre par leur mise en contact cette fermeture à froid et l'encapsulation de cet élément, l'embase comportant au moins deux perçages dans lesquels sont introduits des broches (5) de manière à assurer les connexions électriques avec cet élément, caractérisé en ce que cette embase comprend une coupelle (2) et une platine (1) métal- lique, les broches (5) étant solidaires de cette platine (1) et isolées i0 par rapport à celle-ci et en ce que ce boîtier est un boîtier étanche qui comporte au moins deux colonnes (3) internes au capot (10) et solidaires de cette platine (1) de manière à suspendre cet élément, et une broche de masse (4) brasée sur cette coupelle (2). 2. Bottier selon la revendication 1, caractérisé en ce que les broches (5) sont isolées par rapport à la platine (1) par des perles de verre (6). 3. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que la coupelle (2) et la platine (1) sont reliées entre elles par une brasure. 4. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que la coupelle (2) est une coupelle emboutie. 5. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de la platine et les perles de verre a des coefficients de dilatation voisins pour des températures variant de 0 à 450 C. 6. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capot (10) est réalisé en un matériau pris parmi les matériaux suivants: nickel, cuivre nickelé, aluminium traité. 7. Boîtier selon la revendication 6, caractérisé en ce que la coupelle (2) est réalisée en un matériau analogue à celui du capot (10). 8. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que la platine (1) est réalisée en-un matériau pris parmi les matériaux suivants: acier INOX ou aciers spéciaux. 9. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que les perles de verre (6) sont réalisées en un matériau pris parmi les matériaux suivants: verre scellement DIUVER ferro-nickel, verre au molybdène, verre 740 ou autre matériau compatible. 10. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un dép8t d'or fin à sa surface. Il. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient un gaz neutre. 12. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient une combinaison de gaz neutres. 13. Boîtier permettant d'obtenir des vides supérieurs à 10-7 Torr après fermeture, caractérisé en ce qu'il comporte un bottier tel que revendiqué selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.