Brevet FR2613171A1 — publié le 19880930

La présente invention concerne la réalisation de traversées isolantes hermétiques, unitaires, multiples ou sous forme de boîtiers spéciaux et ayant des lignes de fuite d'isolement importantes, tout en conservant des dimensions réduites des ensembles. Sous toutes leurs formes, ces traversées sont destinées à l'encapsulation, pour protéger des circuits électriques ou électroniques d'un environnement hostile Ces traversées isolantes (voir figures 1 et 2) sont obtenues par fusion d'une masse vitreuse 3 autour d'une connexion centrale 2, à l'intérieur d'un anneau métallique 1 ou d'une ouverture cylindrique pratiquée dans la paroi d'un boitier métallique 4. Deux techniques différentes de réalisation sont utilisées. Dans la première, les coefficients de dilatation thermique du corps métallique de la traversée ( anneau ou boitiez), de la masse vitreuse de scellement et des tiges métalliques de connexion sont identiques ou extrêmement voisins. Après scellement par fusion à haute température et lors du refroidissement, la masse vitreuse se solidifie et ensuite, corps, masse vitreuse et connexions se contractent d'une manière iden tique;lorsqu'il est convenablement refroidi, l'ensemble est sans contraintes internes; le scellement est dit "accordé". Dans une seconde technique, le corps extérieur, (anneau ou boîtier) a un coefficient de dilatation thermique nettement plus élevé que celui de la masse vitreuse, le coefficient de la connexion centrale étant identique ou inférieur à celui de la masse vitreuse. Lors du refroidissement, et après solidification de la masse vitreuse, celle-ci se con -tracté moins que l'anneau ou le corps extérieur et il se crée une compression radiale sur cette masse vitreuse, compression compensée par une tension tangentielle dans l'anneau métallique extérieur. L'intérêt de ce type de scellement réside dans le fait que le verre et l'émail sont des matériaux dont la résistance à la compression est très largement supérieure à la résistance à la traction. Un tel scellement dit "en compression" est donc beaucoup plus solide qu'un scellement accordé car, si on lui applique des contraintes mécaniques ou thermiques susceptibles de provoquer des tensions dans la masse vitreuse, celles-ci viendront seulement en diminution des compressions et le scellement restera dans les conditions optimales de solidité, c'est-à-dire en compression. Toutefois cette technique "en compression impose: - que l'anneau métallique extérieur ait une épaisseur suffisante pour que la tension dans le métal reste dans le domaine d'élasticité du métal et gu'elle n'atteigne pas la limite de fluage, - que la masse vitreuse soit très strictement à l'intérieur de l'anneau métallique et que les surfaces supérieure et inférieure de cette masse vitreuse soient situées dans des plans perpendiculaires à l'axe du système. Les ménisques de raccordement masse vitreuse-métal doivent être limités au strict minimum. La figure 3 montre un scellement en compression de forme correct,la figure 4 présente un scellement avec des débordements de verre qui provoquent un clivage certain dans les zones indiquées, d'où mauvais isolement et fuites possibles. Tout ce qui précède représente 1 'étant actuel de la technique et est connu de l'homme de l'art. Pour éviter les clivages dans les scellements en compression, il est donc indispensable que les surfaces de la masse vitreuse soient dans des plans perpendiculaires à l'axe du système, donc avec des lignes de fuites courtes, si on ne peut pas augmenter le diamètre du scellement. Dans les scellements accordés, les remontées de la masse vitreuse le long des connexions sont possibles, mais constituent néanmoins des zones fragiles. Le but de la présente invention est d'augmenter substantiellement la longueur des lignes de fuite d'isolement, donc de la tension électrique de claquage, et permettre ainsi la réalisation de traversées pour tensions élevées, tout en conservant un diamètre de scellement limité. L'idée retenue est d'interposer, lors du scellement, un manchon cylindrique de céramique sur le trajet des lignes de fuites. La figure 5 représente une traversée unitaire avec un manchon -5pris, lors du scellement, dans la masse vitreuse sur l'une des faces de celle-ci. La figure 6 représente le même type de traversée avec un manchon 5 sur chacune des faces de la masse vitreuse. La figure 7 représente un type analogue de traversée, avec un seul manchon 5 traversant la masse vitreuse, les dépassements de part et d'autre pouvant être ou non égaux. La figure 8 représente le même type de scellement que celui de la figure 6, appliqué au cas d'un boîtier de puissance pour microélectroni que. La figure 9 représente un type analogue de traversée, avec plusieurs manchons concentriques, de manière à allonger au maximum la ligne de fuite. Cette disposition de manchons concentriques peut s'appliquer indifféremment aux configurations des figures 5 (manchon d'un seul côté), 6 (manchon de chaque côté) et 7 (manchon traversant la masse vitreuse). Ces traversées avec des manchons concentriques peuvent être réalisées sur des boîtiers pour microélectronique, la figure 10 représente un tel bottier utilisant la configuration de la figure 9. flest évident que les différentes configurations, représentées par les figures 5, 6 et 7, peuvent être -utilisées pour la réalisation de traversées multiples et de boîtiers de divers types pour 1'éRectrDmique et la microélectronique. En fonction du choix des métaux et de la masse vitreuse employés pour la réalisation des traversées suivant la présente invention, le matériau céramique choisi pour les manchons 5 doit avoir un coefficient de dilatation thermique approprié, afin de ne pas perturber la distribution des contraintes dans le scellement et ne pas en subir lui-même qui excèdent sa propre résistance mécanique. Différentes sortes de céramiques, en particulier des compositions aluminosiliceuses, peuvent être adoptées. Les parties non scellées du manchon céramique peuvent avoir toutes les formes appropriées aux problèmes à résoudre. Ces dispositions peuvent être employées indifféremment avec la technique des scellements accordés ou celles des scellements en compression à laquelle elles sont particulièrement adaptées. RE VE#D1CA TIONS i- Traversées isolantes hermétiques pour l'électronique et la micro électronique, réalisées en scellement "accordé" ou en scellement "en com pression" et comportant un ou deux manchons céramique 5, fixés sur les sur faces de la masse vitreuse. 2 Traversées suivant la revendication 1, caractérisées en ce que le manchon en céramique 5 n'est utilisé que sur une face de la traversée comme le montre la figure 5. 3 Traversées suivant la revendication 1, caractérisées en ce qu'un manchon en céramique 5 est présent sur chaque surface vitreuse, de part et d'autre de la traversée, comme le montre la figure 6. 4 Traversées suivant la revendication 1, caractérisées en ce que le manchon en céramique 6 traverse la masse vitreuse et dépasse celle-ci de part et d'autre, comme le montre la figure 7. 5 Boiter çour 1 'électronique -Comportant une ou plusieurs traversées, réali sées sulnnt les revendications 2, 3 et 4 la figure 8 montre un boitiez avec traversées réalisées suivant la revendication 3. 6 Traversées suivant l'une des revendications 2, 3 et 4 caractérisées en ce qu'il y a plusieurs manchons en céramique, concentriques sur une même surfa ce vitreuse, corne le montre la figure 9. 7 Bottier pour l'électronique comportant une ou plusieurs traversées, réalisées suivant la revendication 6, corne le montre la figure 10.