Brevet FR2584534A1 — publié le 19870109

1. La présente invention concerne un boîtier compor- tant un puits thermique pouvant être utilisé pour un substrat en céramique. Un exemple de bottier classique est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 398 208. En liaison avec la figure 2 de ce brevet, ce bottier comprend un subs- trat 21 en alumine-céramique, une multitude de puces 24 à circuits intégrés (CI) montées sur la surface supérieure du substrat 21, une multitude de couvercles 22 recouvrant les puces 24 et des puits thermiques 40 fixés à la surface infé- rieure du substrat 21. Chaque puits thermique 40 utilisé pour le boîtier est en aluminium ou en cuivre. Cependant, les coef- ficients de dilatation thermique de l'aluminium et du cuivre sont d'environ 24 x 106 (1/ C) et d'environ 17 x 10-6 (1/ C), respectivement, lesquels sont tous deux considérablement supé- rieurs au coefficient de dilatation thermique de la céramique (7 x 10-6 (1/ C)). Pour cette raison, le boîtier classique a l'inconvénient que les puits thermiques peuvent se détacher du substrat et que des fendillements risquent de se produire dans le substrat. 2. Un autre exemple de boîtier classique est décrit dans la demande de modèle d'utilité japonais n 91742/19a4. Un puits thermique 5 utilisé dans le boîtier est en alliage de cuivretungstène ou en alliage de cuivre-molybdène. Comme les deux coefficients de dilatation thermique des alliages sont approximativement égaux à celui de la céramique, le bottier n'est pas affecté par la différence des coefficients de dilatation. Cependant, le boîtier a l'autre inconvénient que le poids de l'ensemble devient très élevé car la masse spécifique de l'alliage cuivre-tungstène et celle de l'allia- ge cuivre-molybdène ne sont pas moins que 16 et 9 g/cm3, respectivement. De plus, le tungstène et le molybdène sont extrêmement chers, ce qui se traduit par un boîtier d'un coût élevé. Par conséquent, la présente invention a pour objet un boîtier qui soit exempt des inconvénients des boîtiers classiques exposés ci-dessus. Selon un aspect de la présente invention on prévoit un boîtier qui comprend: un substrat en céramique, au moins un composant dégageant de la chaleur fixé sur une première surface du substrat; et au moins un puits thermique fixé sur une seconde surface du substrat opposée à la première et réali- sé enalliage d'aluminium-silicium. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci- joints dans lesquels: La figure 1 est une vue en perspective d'un mode de réalisation de la présente invention; et La figure 2 est une vue en coupe prise le long de la ligne A-A de la figure 1. Dans les figures, les mêmes références représentent des éléments structurels identiques. En liaison avec les figures 1 et 2, un mode de réali- sation de la présente invention comprend un puits thermique 10, un substrat 1 en alumine-céramique tel que celui décrit dans 3. le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 398 208 cité ci--dessus, et un adhésif 11 pour fixer le puits thermique 10 à une premiè- re surface du substrat 1. Sur une seconde surface du substrat 1, opposée à la première, on a prévu un composant 6 en semi-con- ducteur, une multitude de cosses de connexion 3 placées à proxi- mité du composant 6, des motifs 4 de conducteurs imprimés qui sont connectés aux cosses 3, une multitude de broches de raccor-- dement d'entrée/sortie 5 reliées aux motifs 4, des fils de liai- son 8 pour relier des cosses de liaison (non représentées) for- mées sur le composant 6 aux cosses 3, et un chapeau 9 de pro- tection du composant 6 contre les forces mécaniques extérieures et recouvrant la périphérie du composant 6 de manière à l'isoler de l'air extérieur. Le composant 6 est fixé à la seconde surfa- ce du substrat par un adhésif 7. D'une manière similaire, le chapeau 9 est fixé à la seconde surface du substrat 1. Un adhésif du type résine ayant une conductibilité thermique élevée, par exemple, obtenu en mélangeant une poudre ayant une conductibilité thermique élevée telle qu'une poudre d'argent et une résine époxy, peut être utilisé comme adhésif pour fixer sur le substrat 1 le puits thermique 10 qui comporte des ailettes de rayonnement de la chaleur 10a en forme de pei- gne, ainsi que pour fixer le composant 6 au substrat 1. Dans ce mode de réalisation, après avoir revêtu la totalité de la première surface du substrat 1 avec l'adhésif 11, on place le puits thermique 10 sur l'adhésif 11, et maintient alors le substrat 1 dans une atmosphère à une température supérieure à environ 100 C pendant une durée de 30 minutes de manière à durcir la colle 11. Il en résulte que le puits thermique 10 et le substrat 1 sont fixés. On notera que le composant 6 peut être monté sur le substrat 1 soit avant soit après fixa- tion du puits thermique 10 sur le substrat. Le puits thermique 10 est constitué d'un alliage d'aluminium-silicium dont le coefficient de dilatation thermi- que est quelque peu supérieur à celui du matériau en alumine- céramique formant le substrat 1. Le coefficient de dilatation 4. thermique de l'alliage d'aluminium-silicium est (10 à 15) x -6 (1/ C), l'alliage contenant du silicium ayant un pour- centage en poids compris entre 40 et 30, et est quel que peu supérieur à celui du matériau constitué d'alumine-céramique (7 x 10-6 (1/ C). Il en résulte qu'une contrainte thermique correspondant à une légère différence de coefficients de dila- tation thermique se produit dans une mesure telle qu'aucun pro- blème pratique ne peut être remarqué. La masse spécifique de l'al-- liage d'aluminium-silicium est comprise entre 2,5 et 3 g/cm3 et représente le 1/5 et le 1/3 de celles de l'alliage classi- que de cuivre-tungstène et de l'alliage cuivre-molybdène, respec- tivement. Comme le puits thermique utilisé dans le mode de réali- sation est extrêmement léger, le poids de l'ensemble du bottier se trouve réduit. En outre, comme l'alliage d'aluminium-sili- cium contient de l'aluminium peu coûteux comme composant prin- cipal, on peut fabriquer le bottier suivant un coût moins élevé. Dans le boîtier, ayant la structure exposée ci-dessus la chaleur dégagée par le composant 6 est transférée au puits thermique 10 par l'intermédiaire de l'adhésif 7, puis du subs- trat 1, et est rayonnée par la surface des ailettes lOa du puits thermique 10. Par conséquent, l'augmentation de la term- pérature du composant 6 peut être supprimée. Dans ce cas, les températures du substrat 1 et du puits thermique 10 s'élèvent naturellement. Cependant, comme la différence en- tre le coefficient de dilatation thermique du puits thermi- que 10 et celui du substrat 1 est faible, le puits thermi- que 10 ne se détache pas du substrat 1 et aucun fendillement ne se développe non plus dans le substrat. Il en résulte qu'on améliore la fiabilité du boîtier. Bien que le puits thermique 10 soit lié au subs- trat 1 par un adhésif du type résine dans le mode de réalisa- tion décrit ci-dessus, la présente invention n'est pas limi- tée à ce cas particulier. Par exemple, le puits thermique 10 peut être brasé sur le substrat 1 en utilisant un matériau de 5. brasage. Dans ce cas, de l'étain ou de la soudure est formé à l'avance sur la première surface du substrat 1 en faisant appel au procédé d'impression à couche épaisse bien connu, à un procédé de pulvérisation bien connu ou un procédé de placage bien connu, et le brasage est alors effectué en utili-- sant de la soudure ou analogue. Bien que l'alumine-céramique soit utilisée pour cons- tituer le matériau du substrat dans ce mode de réalisation, on peut employer d'autres céramiques telles que la céramique de verre. En outre, bien qu'un composant 6 et un puits thermi- que 10 soient montés sur le substrat 1 dans ce mode de réali- sation, on peut également monter une multitude de composants électroniques et une multitude de puits thermiques. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits,elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 6. REVENDICATIONS 1 - Boîtier, caractérisé en ce qu'il comprend: - un substrat (1) en matériau céramique, - au moins un composant dégageant de la chaleur (6) monté sur une première surface du substrat; et - au moins un puits thermique (10) fixé sur une seconde surface du substrat opposée à la première surface, et constitué d'un alliage d'aluminium-silicium. 2 - Boitier selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alliage d'aluminium-silicium contient du silicium ayant un pourcentage en poids compris entre 30 et 40. 3 - Boitier selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat et le puits thermique sont fixes par un adhésif (11). 4 - Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat et le puits thermique sont fixes par brasage.