Brevet FR2629664A1 — publié le 19891006

BoLtier Dour circuits hybrides La présente Invention concerne un DOltier pour circuits hybrides, notamment des circuits électroniques ou optoelectroniques en couche épaisse sur substrat Isolant, a traversees electriques metalliques, procurant un encapsulage hermetique avec remplissage ae gaz protecteur. De tels bottiers hermetiquement et électromagnetiquement étanches pour des composants hybrides sont utilises surtout dans les domaines aéronautique et aérospatial ainsi que dans la technique de l'armement. Il est connu de loger des circuits hybrides, constitues de composants electroniques passifs et actifs, dans un bottier métallique et de fermer ce dernier en le remplissant a'un gaz protecteur. Ici les composants sont disposes sur un substrat isolant connmmun separé. Le substrat est colle sur un fond de bottier métallique qui est pourvu de broches de traverses électriques scellées. Habituellement, les liaisons electr4ques sur les elements semi-conducteurs et les broches de connexion du boltier sont etablies en technique de connexion par fils, ce qui pose des problemes aussi bien en ce qui concerne la solidité des liaisons qu'en ce qui concerne l'espace de manoeuvre necessaire aux outils de montage. LVinvention a pour but de créer un bottier d'une structure simplifiée et d'une fabrication plus facile, tout en lui conferant un niveau de qualité élevé, notamment en ce qui concerne les liaisons etabiles et l'etanchéelte du bottier. 2 5 Conformement à l'invention ce but est-atteint grace a un bottier pour circuits hybrides, dclans lequel -le substrat forme en méme temps le fond du bottier et porte dans la zone de son bord extérieur une ou plusieurs couches dclont au moins une est constituee d'une matière adaptée pour la liaison avec le couvercle éta!ique du bottier. Selon des modes de réalisation et aspects particuliers, non limitatifs, de l'invention: 1) le substrat formant le fond peut etre en ceramique qui porte sur la face tournee vers l'espace interieur le dessin en couche epaisse pour des circuits & Integration monolithique et d'autres éléments, 2) le dessin en couche épaisse peut etre imprime sur une face du substrat et en meme temps des traversées électriques peuvent être imprimees sous forme de couche sur les deux faces, 3) une couche métallique peut être appliquee comme protection electromagnétique sur le substrat, sur la face opposee à l'espace 1 0 intérieur, 4) des broches peuvent être soudées dans le substrat a l'endroit des traversées, a partir d'une face du substrat (a partir de l'espace intérieur), ) la couche metallique peut être evidée annulairement autour des anneaux de soudure qui entourent les broches à l'état soude, et les anneaux de soudure peuvent être formes dans le prolongement du dessin en couche épaisse sur la face du substrat opposee a la couche metallique, 6) toutes les traversées pour les broches peuvent être 2 0 disposées à l'intérieur de la superficie du substrat et du couvercle, de préférence à distance du bord extérieur de cette superficie, 7) les broches peuvent etre soudées sur une platine de support dans le fond du bottier. 2 5 Des exemples de réalisation de l'invention son montrés dans les dessins, sur lesquels la figure 1 représente une coupe transversale du bottier avec circuit hybride, la figure 2 représente une vue en plan du circuit hybride, la figure 3 représente une vue de dessous d'une métallisation de trou, la figure 4 représente. une coupe transversale selon la figure 3, et la figure 5 représente une vue en plan selon la figure 3. - 3 - Comme le montre la figure 1, le bottier se compose d'un fond de bottier = substrat I en matiere isolante, comportant des trous 4 métallisés et des broches de connexion 3 soudées, et est ferme par un couvercle métallique. Afin d'obtenir une étanchéité hermétique du bottier, les trous de traversée sont metallisés bilateralement en sérigraphie, conmme le montre la figure 4, et les broches de connexion sont soudées dans les métallisations avec une soudure.à point de fusion élevé. Pour obtenir un blindage étanche du point de vue électromagnétique, le substrat 1 est recouvert d'une couche: Sur sa face extérieure, il est pourvu d'une couche métallique, les traversées étant formes par des évidements annulaires électriquement isolés dans la couche 5 (une distance étant prévue en 6 autour des anneaux de soudure selon la figure 3>, mais un contact électrique étant établi dans au moins un cas. Afin de pouvoir appliquer le couvercle 2 sur le bottier, le substrat 1 possede une métallisation 7 s'étendant Jusqu'a son bord, entourant l'ensemble cde l'agencement hybride et constituée d'une ou de plusieurs couches dont au moins une se compose d'une matiere adaptée pour la liaison avec le couvercle 2. 2 0 Le substrat 1 formant le fond du bottier est en matière isolante telle que de la céramique ou du verre, des materiaux électriquement isolants habituels, tels que l'oxyde d'aluminium, le nitrite d'aluminium, l'oxyde de beryllium, l'oxyde de magnésium ou des substrats similaires adaptes étant utilisés. 2 5 Pourles objectifs de l'invention, une résistance aux températures et une étanchéité suffisantes sont essentielles, ce qui vaut également pour le verre à utiliser. Blen entendu, 11 est possible d'utiliser égalsment du verre quartzeux, du S102, une vitroceramique ou une céramique de milicium, telle que du Si3N4 ou du SiC. Il est possible d'utllier des substrats constitués de mélanges ainsi que des aubstrats de céramique ou de verre préfabriqués, unilatéralement métallisés. Le métal pour le couvercle 2 est de préférence constitué par des métaux pouvant etre facilement reliés à la céramique, notamment un alliage disponible -4- sous la désignation commerciale "Kovar". Cet alliage ou des alliages similaires sont utilisés de préférence, car ils présentent un coefficient de dilatation thermique adapté a la ceramique. Le couvercle est relié au substrat à l'aide d'une couche de soudure, notamment sous forme d'une soudure à base d'étain dont le point de fusion se situe de préférence au- dessous de 200'C. La soudure peut etre reliée au substrat 1, dans la zone de bord 7 de ce dernier, soit directement soit par une ou plusieurs couches intermédiaires. Cette couche ou ces couches de liaison 7 sont de préférence 1 0 appliquées avec le circuit en couche épaisse au cours dune seule operation en serigraphie sur la face supérieure du substrat, comme le montrent les figures 1 et 2. Bien entendu, 11 est possible d'utiliser également d'autres matières qui sont connues pour la liaison entre du métal et des couches de métal et de céramique et 1 5 pour la liaison entre du métal et des couches de métal et de verre. Dans ce cas, on choisit une soudure avec un point de fusion superieur de 150'C, notamment une soudure a base de plomb. Conviennent également d'autres soudures avec des points de fusion situés au-dessus de 250'C, notamment 300'C à 400'C. Lors de la sélection de la matière de liaison, 11 faut veiller à ce que pendant la fermeture hermétique du bottier à l'aide du couvercle 2, des contacts, liaisons par soudure et autres liaisons (fils de liaison) ne soient pas chauffés plus que nécessaire. Lors de la fabrication, on applique d'abord sur le substrat 1, 2 5 servant de fond de bottier, le circuit en couche épaisse en procedé de sérigraphie à l'aide de matières en couche épaisse connues, notamment en utilisant des pates de sérigraphie contenant des métaux précieux. Ces pâtes sont ensuite séchées dans un four approprié. La figure 4 montre un détail de la façon dont les matières de traversée ou la soudure sont appliquées dclans les trous 4 pour souder des broches 3 de section ronde, carrée ou rectangulaire, et 11 est visible que la métallisation est effectuée à partir des deux faces du substrat. Cette liaison par soudure est également complètement étanche. Ensuite, un robot de montage SMD (Surface -- 5 - Mounter Device) lnstalle les composants semi-conducteurs sur le dessin en couche épaisse 11. Les liaisons peuvent etre établies au moyen de fils de liaison 10 allant du composant 8 au dessin en couche épaisse 11. Selon la figure 5, des anneaux de soudure sont formes sur la face de l'espace intérieur du substrat 1, dans le prolongement du dessin en couche épaisse. Les avantages obtenus avec l'invention sont notamment les suivants: simplification de la structure des bottiers; - diminution des coOts de fabrication éleves des boltiers; - élimination des coOts d'outillage éleves pour des dimensions spécifiques; - élimination du scellement coûteux des broches de traversée; - élimination de résistances de contact thermiques, comme elles 1 5 apparaissent lors du collage en raison de la couche de colle; - augmentation de la fiabilité par l'élimination du degazage de la colle; - elimination des liaisons 10 par fils du substrat I aux broches de traversée 3, ces liaisons étant remplacées par les liaisons Il par pistes conductives beaucoup plus fiables, imprimées en. sérigraphie; - les broches de connexion peuvent etre montées directement à l'endroit ou elles sont nécessaires, ce qui permet d'obtenir des trajets électriques courts optimaux entre le composant et une 2 5 platine de support, non représentée, pour le bottier; - tout en conservant la même surface de base du substrat, on dispose de plus de place pour les pistes conductives et les composants; - dans l'ensemble, l'élimination du fond de bottier métallique permet d'obtenir une diminution de poids considérable. REVENDICATIONS 1. Boîtier pour circuits hybrides, notamment des circuits électroniques ou opto-électroniques en couche épaisse sur substrat isolant, à traversées électriques métalliques, procurant un encapsulage hermétique dans lequel le substrat forme en même temps le fond du boîtier, caractérisé en ce que le substrat (1) porte dans la zone de son bord extérieur (7) une ou plusieurs couches dont au moins une est constituée d'une matière adaptée au coefficient de dilation du substrat pour la liaison avec le couvercle métallique (2) du boîtier, et que le substrat (1) comporte une couche métallique (5) déposée sur sa face extérieure au boîtier et formant protection électromagnétique. 2. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat (1) formant le fond est en céramique qui porte sur la face tournée vers l'espace intérieur le dessin (11) en couche épaisse pour des circuits à intégration monolithique et d'autres éléments (9). 3. Boîtier selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dessin (11) en couche épaisse est imprimé sur une face du substrat (1) et en même temps des traversées électriques (4) sont imprimées sous forme de couche sur les deux faces (fig. 4). 4. Boîtier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une couche métallique (5) est appliquée comme protection électromagnétique sur le substrat (1), sur la face opposée à l'espace intérieur. 5. Boîtier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des broches (3) sont soudées dans le substrat (1) à l'endroit des traversées (4), à partir d'une face du substrat (à partir de l'espace intérieur). 6. Boîtier selon la revendication 5, caractérisé en ce que la couche métallique (5) est évidée annulairement (6) (fig.3) autour des anneaux de soudure qui entourent les broches (3) à l'état soudé, et les anneaux de soudure (fig. 5) sont formés dans le prolongement du dessin (11) en couche épaisse sur la face du substrat (1) opposée à la couche métallique (5). 7. Boîtier selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que toutes les traversées (4) pour les broches (3)'sont disposées à l'intérieur de la surperficie du substrat (1) et du couvercle (2), de préférence à distance du bord extérieur de cette superficie. 8. Boîtier selon l'une quelconque des revendications à 7, caractérisé en ce que les broches (3) peuvent être soudées sur une platine de support dans le fond du boitier.