Brevet FR2587839A1 — publié le 19870327

La présente invention concerne un bottier destiné à encapsu- ler des puces à semi-conducteur. Il convient particulièrement bien à l'encapsulation des MESFET (transistors à effet de champ à métal et semiconducteur et des MMIC (circuits intégrés monolithiques à micro-ondes) qui sont réalisés en arséniure de gallium et qui sont utilisés à des fréquences pouvant aller jusqu'à 20 GHz. Des bottiers disponibles dans le commerce ont été mis au point pour encapsuler des MESFET et des MiIC destinés à différentes plages de fréquences, mais aucun d'entre eux n'est en mesure de four- nir une bonne réponse pour les circuits couvrant la totalité de la plage de fréquences comprise entre 1 et 20 GHz. Parmi les problèmes posés par ces bottiers, on citera une plage de fréquences limitée, des pertes de transmission excessives et une isolation réduite en en- trée et en sortie. La présente invention a pour but de fournir un bottier pour puces à semiconducteur, pouvant garantir la réponse en fréquence nécessaire lorsqu'il renferme des puces en arséniure de gallium et lorsque les fréquences exploitées vont au moins jusqu' à 20 GHz. La présente invention a également pour but de fournir un bottier pour puces à semi-conducteur satisfaisant aux exigences re- latives à l'environnement et aux essais de certaines normes. Le bottier doit donc être soumis à des essais rigoureux concernant l'étanchéité, les chocs thermiques et mécaniques, la résistance à l'humidité et la résistance au milieu salin, aux vibrations et aux accélérations, et la soudabilité. La présente invention a également pour but de fournir un bottier pour puces à semi-conducteur qui possède un trajet de dissi- pation thermique efficace en permettant l'utilisation à des puissan- ces élevées. La présente invention a également pour but de fournir un bottier pour puces à semi-conducteurs possédant des caractéristiques électriques d'impédance parasite faible, de réactance de discontinuité minimales, de pertes de dissipationminimales et d'interaction minimale entre l'environnement et les entrée et sortie. La présente invention a également pour but de fournir un -2 - bottier pour puces à semi-conducteurs, dans lequel le taux d'ondes stationnaires (TOS) du bottier est réduit au minimum. A cet effet, il est notamment prévu de réaliser un bottier dans lequel le taux d'ondes stationnaires n'excède pas 1,15/1 pour des fréquences allant jusqu'à la bande Ku (18 Ghz). Ces buts sont atteints au moyen d'un bottier pour puces à semi- conducteurs comprenant un substrat pourvu d'un ou plusieurs trous dans lesquels peuvent être montées des puces. Le substrat com- porte une pluralité de bandes conductrices s'étendant chacune de la périphérie du substrat à l'un des trous destinés aux puces, au moins certaines des bandes conductrices étant munies d'une entaille desti- née à compenser les réactances inductive et capacitive de la bande proprement dite ainsi que l'impédance d'un récipient d'étanchéité dont les parois s'étendent au-dessus et au-dessous du substrat et dont le fond repose sur une embase faisant office de dissipateur thermique. Un bottier de ce type présente l'avantage de pouvoir être facile à manipuler, facile à monter sur l'élément de circuit extérieur et sur des sous-systèmes, d'être robuste, d'exposer la puce à moins de détériorations électriques (statiques) et mécaniques, de pouvoir être conservé en toute sécurité dans des conteneurs métalliques et d'of- frir d'excellentes possibilités de mesure. Les différents objets et caractéristiques de l'invention se- ront maintenant détaillés dans la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant à la figure annexée qui représente une vue éclatée en perspective des composants du bot- tier pour puces à semi-conducteur La figure représente un bottier pour puces à semi-conduc- teur 1 comprenant un substrat 2 sur lequel reposent des conducteurs d'entrée et de sortie 3. Chacun des conducteurs d'entrée et de sortie s'étend de la périphérie du substrat à une ouverture 6 dans laquelle peut être montée une puce à semi-conducteur. La largeur des conduc- teurs 3 est calculée pour obtenir une impédance constante de 50 ohms de la position de la puce jusqu'à la périphérie du substrat pour des fréquences pouvant aller jusqu'à 25 ou 30 GHz. Pour obtenir plus facilement cette impédance constante de 50 ohms, il - 3 - s'est avéré souhaitable de pratiquer une entaille 4 dans chacun des conducteurs d'entrée et de sortie. Les dimensions de la partie d'en- taille 4 des bandes 3 sont prévues pour permettre de compenser la ca- pacité de discontinuité due au chargement de la microbande 3 par le tube diélectrique 7. Le tube diélectrique 7 peut être réalisé en ma- tériau céramique et il forme, avec un couvercle en céramique ou en métal 8 et avec l'embase 9, uie enceinte hermétiquement close desti- née à la puce à semi-conducteurs. L'embase 9, sur laquelle est dispo- sé le substrat 2, peut être réalisée en cuivre ou en tungstène, pos- sède une bonne conductivité thermique et fait office de dissipateur thermique pour le bottier. On notera que les entailles 4 pratiquées dans la microbande 3 ont également pour r8le de compenser l'impédance essentiellement capacitive apparaissant dans la ligneaux hautes fréquences. Par con- séquent, elles ont pour r8le de maintenir l'impédance constante sur toute la longueur de la microbande et donc de réduire au maximum les coefficients de réflexion pour obtenir un faible taux d'ondes sta- tionnaires. Les microbandes 5 ne possèdent pas d'entailles dans la mesu- re o elles sont utilisées avec des entrées et des sorties de courant continu. Bien entendu, le nombre de conducteurs à microbandes dispo- sés sur le substrat 2 est fonction de la ou des puces encapsulées. De même, les dimensions optimales des différentes parties du boîtier de la puce à semi-conducteur dépendent du type de puces utilisées et des fréquences de fonctionnement. Le procédé de fabrication du bottier consiste à empiler des plaques de céramique 'verte" pour obtenir la hauteur de substrat dé- sirée, à y percer des trous destinés aux puces, à recouvrir le dessus du substrat avec de la pâte au tungstène pour obtenir la configura- tion de conducteurs souhaitée, à utiliser une pluralité d'anneaux de céramique verte pour former un cylindre recouvrant le substrat et croisant les conducteurs au niveau des entailles, puis à chauffer l'ensemble de l'agencement en céramique pour le transformer en un seul élément ininterrompu qui est fixé à l'embase métallique pour constituer l'enceinte hermétiquement close d'une puce. - 4 - Les principes de l'invention ont été décrits ci-dessus en référence à un appareillage spécifique, mais il est bien entendu que cette description n'est faite qu'à titre d'exemple et qu'elle ne sau- rait limiter la portée de l'invention telle qu'exposée dans ce qui précède. -5- REVENDICATIONS 1. Bottier pour puces à semi-conducteur, caractérisé en ce qu'il comprend un substrat (2) pourvu d'un ou plusieurs trous (6) dans lesquels peuvent être montées des puces à semi-conducteur et des moyens reliés audit substrat (2) pour sceller hermétiquement les- dites puces. 2. Bottier conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de bandes conductrices (3, 5) dont cha- cune s'tend de la périphérie dudit substrat (2) à l'un dudit ou desdits trous (6). 3. Bottier conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins plusieurs desdites bandes (3) comportent des zones en- taillées (4) dans lesquelles la largeur de ladite bande (3) est infé- rieure à la largeur du reste de la bande (3). 4 Bottier conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites bandes conductrices (3, 5) possèdent une largeur calcu- lée pour obtenir une impédance sensiblement constante aux signaux d'hyperfréquences sur toute leur longueur. 5. Bottier conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que ladite impédance est de 50 ohms et lesdites hyperfréquences sont comprises entre 1 et 30 GHz. 6. Bottier conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens destinés à sceller hermétiquement lesdites puces comprennent un récipient s'étendant au-dessus dudit substrat (2). 7. Bottier conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que ledit récipient comprend une ou plusieurs parois qui coupent les- dites bandes (3) dans les zones entaillées (4). 8. Bottier conforme à la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend également une embase (9) dont la surface est supérieu- re à celle dudit récipient et à laquelle le substrat (2) est fixé. 9. Bottier conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que ladite embase (9) est en métal et fait office de dissipateur thermique. 10. Bottier conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que ledit récipient est un tube en céramique (7) faisant office de diélectrique.