Brevet FR2669177A1 — publié le 19920515

PROCEDE POUR REALISER L'ASSEMBLAGE REVERSIBLE D'UN CIR- CUIT ELECTRONIOUE DE LECTURE ET/OU D'EXPLOITATION ET D'UN SUPPORT CONDUCTEUR OU NON DE L'ELECTRICITE. L'invention concerne un procédé pour réaliser l'as- semblage réversible ou démontable d'un circuit électro- nique de lecture et/ou d'exploitation avec un support conducteur ou non de l'électricité De manière plus spécifique, l'invention concerne un procédé d'assemblage10 d'un circuit électronique de lecture et/ou d'exploita- tion associé à un circuit de détection, avec une encein- te de caractéristiques physiques déterminées notamment en température. Bien que plus spécifiquement décrite dans le cadre de détecteurs infrarouges, le procédé conforme à l'in- vention ne saurait se limiter à cette seule réalisation. Toute autre application de ce procédé entre bien entendu dans le champ de protection de cette invention.20 Les détecteurs infrarouges fonctionnent traditionnellement à basse température, à savoir dans une gamme de température comprise entre 50 et 130 Kelvins (K) De la sorte, les détecteurs proprement dit sont associés à25 une enceinte cryostatique (cryostat),dont le doigt froid contient selon leur température d'utilisation de l'azote ou de l'air liquides ou un dispositif cryogénérateur. Le dispositif de détection proprement dit est fon- damentalement constitué d'un premier circuit dit de détection comportant un certain nombre de photosites élaborés collectivement par les techniques de microélec- tronique sur un matériau semi-conducteur sensible au rayonnement infrarouge Ce circuit électronique de dé-35 tection est en échange thermique permanent avec le cryostat, et ce par l'intermédiaire d'un doigt froid. L'exploitation des rayonnements photoniques détectés par ce circuit s'effectue au niveau d'un cir- cuit de lecture qui lui est associé, ce circuit de lecture étant également en échange thermique permanent 5 avec le cryostat. Traditionnellement, les connexions entre le circuit de détection et le circuit de lecture et/ou d'exploita- tion s'effectue soit par des fils de connexion soit par10 une soudure collective au moyen de microbilles d'indium. Cette dernière technique, domaine d'application privilégié de l'invention, rend possible l'éclairement des circuits de détection par leur face arrière, évitant15 de fait l'utilisation de toute connectique encombrante et peu pratique d'utilisation. L'ensemble constitué du circuit de détection connecté au circuit de lecture et d'exploitation est traditionnellement dénommé "bloc de détection". Ce bloc de détection, en échange thermique permanent avec le plan froid du cryostat, est maintenu mécaniquement et thermiquement en contact avec celui-ci25 par l'intermédiaire d'une interface généralement consti- tuée par un support isolant type céramique, la liaison entre ce support et le bloc de détection étant réalisée au moyen d'un joint de colle conductrice, réalisée par exemple en résine époxyde comportant des charges métal-30 ligues destinées à assurer la conduction électrique entre la face arrière du bloc de détection et plus pré- cisément du circuit de lecture et d'exploitation et la connectique du cryostat Celle-ci est généralement cons- tituée de pistes gravées ou sérigraphiées sur le doigt35 froid En outre, le support céramique est lui-même fixé sur le plan froid du cryostat au moyen d'un joint de colle isolante électriquement, et typiquement en silico- ne. On a par exemple matérialisé sur la figure 1, une représentation schématique d'une telle réalisation, constituant l'art antérieur Le doigt froid ( 1) du cryostat, présente à son extrémité supérieure un plan 5 froid ( 2) destiné à assurer l'échange thermique entre le cryostat proprement dit et le bloc de détection ( 3,4), correspondant respectivement au circuit de lecture et d'exploitation ( 3) et au circuit de détection ( 4) De manière connue, le circuit de détection ( 4) est connecté10 électriquement et mécaniquement au circuit de lecture et d'exploitation ( 3) au moyen de microbilles d'indium ( 15) Comme on peut le voir sur cette figure 1, on a interposé entre le plan froid ( 2) et le bloc de détec- tion ( 3,4) un substrat de connectique ( 5) réalisé en un15 matériau isolant typiquement en céramique ou en alumine, sur lequel sont gravés ou sérigraphies un réseau de pistes conductrices ( 16) Ce substrat deconnectique ( 5) est généralement fixé sur le plan froid du cryostat ( 2) au moyen d'un joint de colle ( 6) isolant électriquement.20 La connexion électrique entre les pistes gravées ou sérigraphiées ( 16) du substrat de connectique ( 5) et des pistes gravées sur et/ou à la périphérie du plan froid ( 2) est classiquement réalisée au moyen de microfils conducteurs ( 17). En outre, les entrées et sorties électriques, notamment en face avant du bloc de détection sont reliées aux pistes conductrices du substrat de connectique au moyen de microfils conducteurs ( 7) le30 plus souvent réalisés en or, soudés après collage du bloc de détection sur le substrat de connectique En outre, une jonction électrique est réalisée entre la face arrière du bloc de détection et plus particulière- ment du circuit de lecture d'exploitation ( 3), notamment35 métallisé par exemple avec de l'or, et le substrat de connectique ( 5), et ce au moyen d'une colle conductrice de l'électricité ( 8). Enfin, on a représenté par la référence numérique ( 9) une piste conductrice gravée ou sérigraphiée sur le doigt froid du cryostat ( 1), aboutissant à un plot de connexion extérieure ( 10). 5 Si certes cet agencement, notamment ce contact sur l'intégralité de la face arrière du bloc de détection, présente l'avantage de conférer une excellente homogé- néité électrique à cette prise de contact, en revanche10 ce système ainsi réalisé n'est pas démontable au niveau de l'association substrat de connexion/bloc de détec- tion, de par la nature de la colle conductrice utilisée, et implique en outre une double connectique, d'une part entre le bloc de détection et le substrat de connectique15 et d'autre part entre ce dernier et les pistes gravées du doigt froid De fait, cela entraine la réalisation de deux séries de soudures, altérant le rendement de fabri- cation et donc la productivité, ainsi que la fiabilité résultante de l'ensemble En outre, l'utilisation d'une20 colle à base de résine époxyde rend la jonction irréver- sible sauf à dégrader les constituants qu'elle joint La démontabilité par voie mécanique est exclue, les forces d'arrachement nécessaires pour détruire le joint de colle étant supérieures à 1 000 kg/cm 2 La démontabilité25 par voie chimique impose l'utilisation de produits nocifs et corrosifs vis à vis de constituants (acides, chlorure de méthylène chaud) à durée d'action longue, altérant de manière rédhibitoire les composants du bloc de détection, voire du cryostat.30 Enfin, dans de nombreuses applications, la réduction des dimensions du plan froid est nécessaire, notamment en regard de la puissance dissipée et des dimensions du cryostat, ce que ne favorise pas le substrat de connec-35 tique décrit ci-dessus. Or, ces caractères de démontabilité, de simplicité de connectique et de dimensionnement réduit sont active- ment recherchés par les utilisateurs de tels circuits de détection, compte tenu des prix très élevés des cryos- 5 tats et autres systèmes spécifiques De la sorte, et jusqu'à ce jour, lorsqu'un circuit ne fonctionne pas correctement ou lorsque l'on désire modifier quelques unes de ses caractéristiques, il est nécessaire de pour- voir au remplacement total du système sauf à ménager,10 comme décrit précédemment, un substrat de connectique qui lui peut être fixé de manière réversible sur le plan froid ( 2) du cryostat. L'invention vise à pallier ces inconvénients Elle propose un procédé apte à permettre l'assemblage réver- sible ou démontable d'un circuit électronique et d'un support conducteur ou non de l'électricité et notamment du doigt froid d'un cryostat. Ce procédé pour la réalisation de l'assemblage réversible d'un circuit électronique de lecture et/ou d'exploitation, dont l'une des faces, dite face avant présente entre autres des pistes conductrices, et dont l'autre face, dite face arrière est métallisée, et d'un25 support conducteur ou non de l'électricité comportant, dans ce dernier cas, des pistes conductrices métalli- sées, se caractérise: en ce que l'on réalise cet assemblage au moyen d'une colle silicone isolante électriquement; et en ce que l'on interpose entre cette couche de colle et la face arrière métallisée du circuit de lectu- re et d'exploitation une lame conductrice émergeant de ladite face arrière, disposée au contact de cette face arrière métallisée et reliée à une borne de connexion35 dudit support, ladite borne étant isolée électriquement si ce dernier est conducteur de l'électricité. En d'autres termes, l'invention consiste à ne plus faire appel à de la colle époxyde conductrice d'électri- cité, mais à une colle silicone dont on connait par ailleurs les propriétés de démontabilité, notamment par 5 utilisation de solvants traditionnels peu corrosifs et, de résoudre le problème de complexité de la connectique et de l'encombrement en solidarisant par tout moyen une feuille ou ruban conducteur avec la face arrière métal- lisée du circuit électronique constituant alors le10 contact face-arrière, également appelé contact substrat. Selon une forme particulière de l'invention, le support conducteur ou non de l'électricité, auquel est solidarisé le circuit électronique en question, est15 constitué par le plan froid du doigt froid d'un cryostat. Selon une forme avantageuse de l'invention, la lame conductrice est une feuille, un fil ou un ruban d'or ou d'aluminium. Selon une forme particulière de l'invention, le circuit de lecture et/ou d'exploitation est associée à un détecteur infrarouge, constituant ensemble le bloc de25 détection relié en contact thermique avec le plan froid d'un cryostat au moyen d'une colle isolante électrique. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit donné à titre indica- tif et non limitatif à l'appui des figures annexées. Comme déjà dit, la figure 1 représente un schéma simplifié d'un détecteur infrarouge associé au doigt froid d'un cryostat selon l'art antérieur. La figure 2 est une représentation schématique d'un détecteur infra- rouge fixé sur le doigt froid d'un cryostat conformément à l'invention. La figure 3 est une vue du dessous du circuit élec- tronique de lecture et/ou d'exploitation conforme à l'invention. Selon l'invention, et comme on l'a matérialisé sur la figure 2, on procède à l'assemblage du bloc de détec- tion, constitué respectivement du circuit de lecture et d'exploitation ( 3) associé au circuit de détection pro- prement dit ( 4) avec le plan froid ( 2) du doigt froid ( 1) d'un cryostat, au moyen d'un joint de colle ( 11) constituée de silicone Cette colle n'est pas conductri- ce de l'électricité Elle peut être constituée par de la colle commercialisée par RHONE POULENC sous la marque déposée RTV 141 Cette colle silicone présente une ré- sistivité électrique telle qu'elle ne peut absolument pas conduire l'électricité, tout au moins aux tensions20 utilisées sur ce type de détecteurs. Corrélativement, la face arrière ( 14) du circuit électronique de lecture et d'exploitation ( 3), au niveau de laquelle s'effectue le contact substrat ou contact masse, comporte une feuille d'or ou d'aluminium ( 12) soudée au niveau de ses sorties ou fixées sur cette face métallisée au moyen d'un point de colle conductrice, par exemple de la colle EPOTEK 417 (marque déposée) commer- cialisée par EPOTECNY, et constituée par de la colle30 époxy chargée en particules d'argent Cette feuille (ou fil) ( 12) arrive au moins jusqu'au bord latéral du cir- cuit ( 3) afin de pouvoir être connecté ( 13) avec une borne de connexion ( 18), cette dernière étant en liaison électrique avec une piste conductrice du doigt froid du cryostat. L'utilisation d'une telle colle silicone permet un démontage aisé du bloc de détection hors du doigt froid du cryostat, et plus précisément hors du substrat de connectique Ce démontage peut être effectué soit par 5 une action mécanique, c'est-à-dire par une action d'arrachement ou cisaillement à l'aide d'une pince brucelle (référencée 5 SA et commercialisée par EREM), soit par une action chimique douce telle que l'emploi de trichloréthylène à 80 C pendant quelques minutes, per-10 mettant de "ramollir" le joint de colle et de lui faire perdre ses qualités d'adhérence. De la sorte, lorsque le besoin s'en fait sentir, il devient tout à fait possible de pourvoir au remplacement d'un bloc de détection, sans pour autant nécessiter le remplacement de toute l'installation cryogénératrice En outre, on peut éviter ainsi de faire appel à un support de connectique, rendant systématiquement plus long, et donc plus couteux la réalisation de tels détecteurs.20 Comme déjà dit, ce procédé peut être appliqué à d'autres utilisations, notamment dans le domaine des circuits hybrides dans lesquels on demande fréquemment la démontabilité d'un système tout en assurant un con-25 tact électrique entre un composant présentant une face arrière de contact (substrat) et un support récepteur de composants, qui peuvent être constitués de matériaux quelconques. En conséquence, le collage au moyen de colle sili- cone permet de fixer directement le bloc de détection sur le plan froid du détecteur compte tenu de son carac- tère de démontabilité De la sorte, ce procédé présente l'avantage de réduire l'encombrement des circuits de35 détection tout en assurant le passage des pistes élec- triques sous le composant. REVENDICATIONS 1/ Procédé pour la réalisation de l'assemblage réversible d'un circuit électronique de lecture et/ou d'exploitation ( 3), dont l'une des faces, dite face avant présente entre autres des pistes conductrices, et dont l'autre face, dite face arrière ( 14) est métallis- ée, et d'un support conducteur ou non de l'électricité ( 2) comportant, dans ce dernier cas des pistes conduc- trices métallisées, caractérisé: en ce que l'on réalise cet assemblage au moyen d'une colle silicone isolante électriquement ( 11); et en ce que l'on interpose entre cette couche de colle ( 11) et la face arrière métallisée ( 14) du circuit ( 3) une lame conductrice ( 12) émergeant de ladite face, disposée au contact de cette face arrière métallisée et reliée à une borne de connexion ( 18) dudit support ( 2), ladite borne ( 18) étant isolée électriquement si ce dernier est conducteur de l'électricité.20 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support conducteur ou non de l'électricité ( 2), auquel est solidarisé le circuit électronique de lecture et/ou d'exploitation, est constitué par le plan froid ( 2) du doigt froid ( 1) d'un cryostat. 3/ Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la lame conductrice ( 12) est une feuille, un fil ou un ruban d'or ou d'aluminium.30 4/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit de lecture et/ou d'ex- ploitation ( 3) est associée à un détecteur infrarouge ( 4) comportant une pluralité de photosites, constituant avec le dit circuit ( 3) le bloc de détection, relié en contact thermique avec le plan froid ( 2) d'un cryostat au moyen d'une colle isolante électrique.