Brevet FR2640846A1 — publié le 19900622

DISPOSITIF D'ENCAPSULATION HERMETIQUE POURI COMPOSANTS ELECTRONIQUES La présente invention a pour objet un dispositif assurant une encapsulation hermétique de composants formant un circuit électronique. Ainsi qu'il est connu, le problème de la suppression ou, à défaut, de la limitation de l'humidité dans les boîtiers de composants électroniques est un problème aigu. On sait que le contaminant ayant le rôle le plus important et le plus néfaste sur le plan de la fiabilité d'un composant discret ou d'un circuit intégré est la teneur en eau de l'ambiance 1 0 environnante. En effet, notamment, l'humidité est susceptible de corroder les plots de connexion des circuits; elle permet également aux ions de se solubiliser, ce qui renforce la corrosion. Cet effet est très sensible sur les circuits intégrés, et l'est d'autant plus que l'échelle d'intégration est i15 plus élevée, c'est-à-dire que les plots de connexion sont plus petits. Pour les applications à environnement sévère et hautes performances, telles que les applications militaires ou spatiales, il est connu d'utiliser des boîtiers de composants dont l'erpbase est en céramique et le capot en métal, scellé hermétiquement sur cette dernière, un dégazage avant mise sous boîtier étant en outre en général prévu. Un inconvénient de cette solution est son prix de revient, qui est très élevé. On connaît par ailleurs des boîtiers d'encapsulation en matériau plastique, dont le coût est beaucoup plus bas mais qui présentent l'inconvénient de n'être pas hermétiques. En effet, dans un premier temps, les matériaux plastiques en eux-mêmes n'interdisent pas le passage des molécules d'eau de l'extérieur vers l'intérieur du boîtier. En outre, dans un second temps, l'accumulation d'eau susceptible de se produire sous les composants encapsulés induit des fissures dans le matériau plastique formant le boîtier, lors du montage sur la carte, du fonctionnement du composant et du chauffage qui en résulte. Cet inconvénient les rend inutilisables pour les applications hautes performances. La présente invention a pour objet une encapsulation hermétique des composants utilisés dans les circuits électro- niques, tels que pastilles semiconductrices, qui soit d'un prix de revient moins élevé que celui des boîtiers céramique-métal et qui assure la protection hermétique des composants, aussi bien lorsqu'ils sont montés de façon opérationnelle dans un équipe- ment que lors des opérations de maintenance de ces derniers. A cet effet, les composants sont encapsulés chacun dans un boîtier à faible coût, réalisé par exemple en matériau plastique, puis les boîtiers sont montés sur une carte de circuit imprimé, munie de moyens de connexion électriques et d'un capot scellé sur la carte de sorte à enfermer les boîtiers dans une deuxième enceinte telle qu'elle soit hermétique, les moyens de connexion étant laissés hors de la deuxième enceinte. De la sorte, les pastilles peuvent être montées aisément sur la carte par l'intermédiaire de leurs boîtiers, l'herméticité est assurée par la deuxième enceinte et l'ensemble est d'un coût relativement faible, les boîtiers plastiques étant peu onéreux et la deuxième enceinte encapsulant la totalité de la carte en une seule opération. En outre, les opérations de maintenance s'effectuant sur site par remplacement de cartes, la protection de celles-ci reste pleinement opérationnelle tant lors du remplacement que lors du stockage des pièces de rechange. D'autres objets, particularités et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les dessins annexés qui représentent - la figure la, une vue schématique d'un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention; - la figure lb, une vue de dessus de ce même dispo- sitif; - la figure 2, un autre mode de réalisation du dispo- sitif selon l'invention. Sur ces différentes figures, d'une part les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments et, d'autre part, l'échelle réelle n'est pas respectée pour la clarté de l'exposé. Sur les figures la et lb, on a donc représenté schématiquement un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention, vu respectivement en coupe et de dessus. On a représenté un circuit électronique constitué par un ensemble de composants, notamment des pastilles semi-condue- trices, encapsulés dans des boîtiers 3 et disposés sur un substrat (ou carte) 1, portant un circuit imprimé, assurant classiquement la fixation mécanique des boîtiers et leur interconnexion électrique à l'aide de pistes conductrices 41, disposées sur la surface de la carte 1. Classiquement également, la carte de circuit imprimé 1 comporte un connecteur 4, disposé à l'une de ses extrémités et sensiblement sur toute sa longueur. Ce connecteur comporte des contacts 40 venant reposer sur les pistes 41 de la carte 1 et assurant ainsi la connexion électrique. 3 0 Le dispositif comporte en outre un capot 2 recouvrant sensiblement la totalité de la surface de la carte 1, sauf les moyens de connexion 4. Selon l'invention, on a ainsi formé autour des boitiers 3 une deuxième enceinte, repérée 6, dont la fonction est d'assurer l'herméticité de l'ensemble du circuit électronique. L'hermétlcité est assurée par le choix des matériaux formant la deuxième enceinte. A cet effet, la carte de circuit imprimé 1 doit être réalisée de sorte à ne pas permettre le passage des molécules d'eau; elle peut être réalisée entièrement en un tel matériau (par exemple une céramique telle que l'alumine); elle peut encore être réalisée en un. matériau non susceptible en lui-même de remplir la fonction, tel qu'une carte de circuit imprimé en verre époxy, mais recouverte, sur ses faces externes (inférieure et latérales) d'une couche interdisant le passage des molécules d'eau telle qu'une couche métallique (cuivre par exemple). De la même manière, le capot doit être réalisé en un -ou comporter une couche d'un- matériau ne permettant pas le passage des molécules d'eau, métal ou céramique par exemple. Dans le cas d'une carte en céramique et 1 5 d'un capot métallique, le scellement hermétique 5 est constitué par exemple par une brasure. Il est à noter que l'alliage utilisé pour la brasure doit avoir une température de fusion supérieure à la température de stockage maximale de la carte, qui ne doit pas dépasser 150 C, mais, de préférence, inférieure à la température de refusion de l'alliage utilisé pour monter les composants sur la carte, en général de l'étain- plomb dont la température de fusion est voisine de 183 C. Dans le cas contraire, le chauffage nécessaire à la brasure doit être réalisé à l'aide de moyens permettant de le localiser. Il est à noter également que la brasure doit être réalisée non pas directement sur la carte 1 et les pistes d'interconnexion 41 mais sur une couche de matériau électriquement isolant, préalablement déposée sur l'ensemble 1-41 et non représentée sur les figures. Les boîtiers 3 n'ayant aucune fonction d'hermé- ticité, ils peuvent être réalisés en tout matériau, plastique par exemple. La figure 2 représente, schématiquement et vu en coupe, un deuxième mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Sur cette figure, on retrouve les boîtiers 3 d'encapsulation de composants électroniques montés sur la carte 1, qui porte le connecteur 4 à l'une de ses extrémités. La carte est recouverte d'un capot, maintenant plan et repéré 20, 'qui est monté sur la carte 1 par l'intermédiaire d'un cadre 50. L'hermétlcité est ici encore assurée par le choix des matériaux formant la deuxième enceinte (6); c'est ainsi que la carte 1 est par exemple en céramique, le capot 20 par exemple métallique et le cadre 50 en un alliage de ferro-nickel. 1 0 L'intérêt du cadre 50 est que celui-ci peut être fixé, par brasure par exemple, sur la carte 1 avant le montage des boîtiers 3; cela lui permet par exemple d'être brasé à haute température, c'est-à-dire une température supérieure à la température de refusion de la brasure utilisée pour monter les boîtiers 3. Le capot 20 peut alors être scellé sur le cadre 50 par refusion, avec les conditions mentionnées pour le mode de réalisation décrit figure 1, ou par d'autres moyens évitant ces difficultés soudure par laser, soudure électrique, etc... REVEND I CAT I ONS 1. Dispositif d'encapsulation pour composants électroniques, les composants étant encapsulés chacun dans un boîtier (3), les boîtiers étant montés sur un substrat (1) portant un circuit imprimé assurant l'interconnexion des boîtiers, le dispositif étant caractérisé par le fait que le substrat (1) comporte des moyens (4) de connexion électrique vers l'extérieur, reliés au circuit imprimé, et un capot (2, 20) fixé sur le substrat de façon à encapsuler l'ensemble du substrat hors les moyens de connexion, les matériaux formant le substrat, le capot et la fixation du capot sur le substrat étant tels que l'enceinte ainsi formée soit hermétique. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le substrat est en céramique. 33. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le substrat est recouvert sur ses faces externes d'une couche d'un matériau assurant l'herméticité. 4. Dispositif selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé par le fait que le capot est en métal ou en céramique. 5. Dispositif selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé par le fait que la fixation du capot sur le substrat est constituée par un brasage. 6. Dispositif selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé par le fait que le capot est fixé sur le substrat par l'intermédiaire d'un cadre. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le cadre est constitué par un alliage de ferro-nickel.