Brevet FR2677808A1 — publié le 19921218

DISPOSITIF DE FIXATION D'UN SENSEUR CCD SUR UN TUBE INTENSIFICATEUR D'IMAGE La présente invention concerne un dispositif de fixation d'un senseur CCD sur un tube-image, fonctionnant sous vide. Les tubes image sont ceux dans lesquels une image se forme, comme dans les tubes de prise de vue, ou est amplifiée, comme dans les tubes intensificateurs d'image. Les CCD sont des circuits intégrés ou dispositifs à transfert de charges, qui transforment un signal photonique en signal électronique. De façon à être plus claire, l'invention sera exposée en s'appuyant sur l'exemple d'un tube intensificateur image. Les tubes intensificateurs d'image convertissent les photons d'une image peu lumineuse en électrons avec un gain important, ce qui fournit une image potentiellement lumineuse, soit après retransformation en photons, soit au moyen d'un senseur électro-sensible. Ces deux solutions connues sont montrées en figures 1 et 2. La figure 1 est une coupe très simplifiée de la partie arrière d'un tube-image 1, pour illustrer la première solution. Les électrons produits dans le tube sont retransformés en photons au moyen d'une couche luminescente 3 déposée sur une galette 4 de fibres optiques, scellée dans la face arrière 2 du tube. L'image est ainsi transférée à l'extérieur du tube, et la première galette 4 de fibres sert de barrière entre le vide à l'intérieur et la pression atmosphérique à ltextérieur du tube. Cette image est à nouveau transférée, au moyen d'une deuxième galette 5 de fibres optiques, sur un dispositif à transfert de charges 6, encapsulé dans un boîtier 7 muni de broches de sorties 8. La seconde solution, illustrée en figure 2, constitue une amélioration importante en plaçant directement un CCD aminci 6 à l'intérieur du tube 1. Le circuit intégré de CCD est aminci jusqu'à 10 microns et il reçoit les électrons par sa face arrière. Un premier avantage de cette architecture provient de la suppression de la couche luminescente 3 et des deux galettes 4 et 5 de fibres optiques, ce qui permet d'améliorer la résolution du système, en pouvoir séparateur, et la qualité de l'image par la suppression des défauts de transmission des fibres. Un second avantage vient de ce que le remplacement de la première galette 4 de fibres optiques, utilisée comme amplificateur, par le capteur CCD 6 permet d'améliorer sensiblement le rapport signal sur bruit du détecteur. En effet, le gain de la multiplication électronique dans le silicium du CCD est statistiquement beaucoup moins bruité que celui de la galette 4. Par contre, cette structure qui nécessite un CCD aminci 6 électro-sensible placé à l'intérieur du tube, entraîne deux conséquences néfastes - les connexions électriques externes 9 doivent traverser les parois 2 du tube, ce qui implique un grand nombre de passages étanches 10 de type scellement verre-métal, - la plaquette 6 de CCD doit être spécialement encapsulée. En effet, la réalisation de la photo cathode du tube se fait après le montage du CCD dans le tube, et cette réalisation produit des ions alcalins qui se déposent, entre autres, sur les surfaces isolantes qui séparent les connexions de sorties 8 du boîtier 7 de CCD, entraînant une augmentation catastrophique des courants de fuite. L'invention apporte une solution à ces différents problèmes, et propose une structure de montage d'un CCD sur un tube, telle que - le boîtier et le CCD qu'il contient forment une paroi du tube, - le CCD étant à l'intérieur du tube, ce qui supprime donc les galettes de fibres de verre, - mais les connexions étant à l'extérieur de l'enceinte sous vide, ce qui les met hors de portée des ions alcalins lors de la réalisation de la photocathode et ce qui supprime les passages étanches à travers les parois du tube. La plaquette de CCD étant aminçie, un renfort externe lui permet de résister à la différence de pression entre l'extérieur et l'intérieur du tube, et des joints assurent l'étanchéité. De façon plus précise, l'invention concerne un dispositif de fixation d'un senseur CCD sur un tube intensificateur d'image comportant une paroi munie d'un orifice, ce dispositif étant caractérisé en ce que - le senseur est monté dans un boitier d'encapsulation muni d'une fenêtre, qui est obturée de façon étanche par le senseur, - le boitier d'encapsulation est brasé, de façon étanche au moyen d'une métallisation, sur les bords de l'orifice de la paroi du tube intensificateur. L'invention sera mieux comprise par la description plus complète qui suit maintenant de trois exemples de réalisation, en liaison avec les figures jointes en annexe, qui représentent - figures 1 et 2 : deux états de l'art connu, précédemment exposés, - figures 3,4, et 5 : vues en coupes de la partie arrière d'un tube intensificateur d'image, montrant la fixation d'un CCD sur le tube, dans trois structures selon l'invention. La figure 3 montre une première structure selon l'invention. L'extrêmité arrière d'un tube 1 intensificateur d'image est obturée par une paroi métallique, munie d'un orifice 2a, et sur laquelle est brasé un boîtier l1, portant à cet effet une métallisation 12 : le boîtier il vient obturer l'orifice 2a, central de la paroi. Le boîtier il est lui même percé en son centre par une fenêtre dont le pourtour 13 correspond aux dimensions de la partie sensible de la plaquette 6 de CCD. Celle-ci a été amincie jusqu'à une épaisseur de l'ordre de 10 micromètres : elle ne peut donc pas servir de paroi d'étanchéité entre la pression atmosphérique et le vide à l'intérieur du tube et il faut la renforcer. Mais de plus, le CCD est disposé substrat côté du tube et face active côté externe au tube, de façon que les interconnexions et les plots métalliques soient hors de pollution par les alcalins, au cours de la réalisation de la photocathode dans le tube. I1 faut donc que la plaquette de renfort 14 s'inscrive à l'intérieur du périmètre des plots de métallisation portés par le CCD 6, de façon à permettre la soudure des fils de connexions 16.La plaquette de CCD 6 est si fine qu'il n'est pas possible d'y souder ces fils sans précautions. C'est pourquoi un second renfort 15, en forme de cadre, est fixé sous le CCD 6. Les dimensions de ce cadre 15 correspondent, extérieurement, au moins aux dimensions de la puce 6, et intérieurement à moins que les dimensions du premier renfort 14, de sorte qu'il y ait superposition partielle. S'il n'y avait pas superposition, le renfort 14, sous l'effet de la pression atmosphérique, découperait la puce de CCD 6, à travers le cadre 15. Les deux renforts 14 et 15 sont de préférence isolants, ou métalliques recouvert d'une couche isolante. Les matériaux utilisés peuvent etre de la céramique, du verre de coefficient de dilatation adapté au silicium, ou même du silicium oxydé en surface. Cette structure en sandwich est rendue étanche au vide au moyen de trois joints au moins. Le premier joint 17, entre le boîtier Il et le cadre 15, ainsi que le second joint 18, entre le cadre 15 et la puce 6, sont soumis aux exigences de fabrication et de fonctionnement de la photocathode du tube : tenue jusqu'à des températures de 300-3500C, absence de dégazage, ultravide. Ces deux joints doivent être minéraux, en un verre ou une pâte à l'argent, à bas point de fusion et compatibles avec les CCD. La température du CCD 6 ne doit pas dépasser 4500 - 5000 C pendant l'assemblage. Le troisième joint 19 est situé entre la puce 6 de CCD et la plaquette 14 de renfort sur la face avant de la puce. Ce joint doit être également étanche sinon la pression atmosphérique ferait éclater la puce 6. Placé à l'extérieur du tube, il peut être minéral, en verre à bas point de fusion pour l'homogénéité de technique avec les deux autres joints, ou être organique, en polymide par exemple. Il n'y aura dans ce cas pas de problèmes de dégazage. Le boîtier 11 est un boîtier en alumine ou céramique utilisant les technologies classiques dans ce type de boîtier. Il comporte des broches 20 de connexions extérieures, réunies chacune à un plot métallique 21, porté par un rebord intérieur en boîtier, et nécessaire pour l'interconnexion du CCD 6 par des fils métalliques 16. Un couvercle 22, métallique ou céramique, referme le boîtier et protège les connexions 16. La caractéristique de cette structure est que le CCD 6 est à l'intérieur du tube intensificateur , mais que sa face active et toutes ses connexions sont à l'extérieur du tube, hors de pollution par les ions alcalins. Une variante de cette structure est présentée en figure 4. Le renfort 23 de face avant du CCD est une plaquette de matériau isolant, comportant des trous métallisés 24 en regard des plots de contacts sur le CCD. La liaison entre le CCD et les trous métallisés 24 est faite avec du verre à l'argent, ou avec une résine conductrice, ou encore avec une soudure eutectique, telle que Pb-Sn, In Ag, Au Si ou Au Ge. Mais dans tous les cas, ces liaisons doivent être compatibles en température avec le second joint 18, intérieur au tube, et avec le troisième joint 19 qui empêche la puce de CCD 6 d'éclater sous l'effet de la pression atmosphérique. Dans cette variante, les fils de connexions 16 ne sont plus thermocomprimés sur la puce du CCD 6 : il s'ensuit que le cadre de renfort 15 n'est plus utile, et la puce 6, renforcée par la plaque céramique 23, est fixée sur le boîtier 11 par un second joint 18, minéral (il est à l'intérieur du tube). Mais tandis qu'en figure 3 la plaquette métallique 14 devait impérativement être plus petite que la puce 6, pour permettre les soudures des fils 16, par contre dans ce cas de figure 4 la plaquette céramique 23 doit impérativement être au moins aussi grande que la puce 6, de façon à ce que les trous 24 recouvrent les plots de connexion de la puce. Le reste du boîtier (flans, broches, couvercle) est identique au boîtier de la figure précédente. Une seconde variante de l'architecture est représentée en figure 5. La puce de CCD 6 est comme précédemment fixée sur un renfort céramique muni de trous, mais dans lestours sont placés des fils métalliques qui dépassent notablement du renfort. La liaison entre ces fils conducteurs et les plots de connexion du CCD est assurée par du verre à l'argent, une colle conductrice ou une soudure eutectique. Ces fils conducteurs peuvent être utilisés de deux façons. Soit ils sont reliés aux plots métalliques 21 portés par le boîtier, tel que représenté en figure 4. Soit ils sont reliés directement à des broches 25 de connexions extérieures, fixées dans le couvercle 26 qui ferme le boîtier. Celui-ci a alors une configuration connue sous le nom de "boîtier fakir" ou PGA (pour Pin Grid Array). L'architecture qui a été décrite, dans diverses variantes, est plus spécialement destinée aux tubes intensificateurs d'images, fonctionnant sous vide, et dans lesquels le processus de fabrication de la photocathode risque d'endommager la plaquette de CCD et ses connexions externes. L'invention est précisée par les revendications suivantes. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de fixation d'un senseur CCD sur un tube intensificateur d'image comportant une paroi (2) munie d'un orifice (2a), ce dispositif étant caractérisé en ce que - le senseur (6) est monté dans un boîtier d'encapsulation (11) muni d'une fenêtre (13), qui est obturée de façon étanche par le senseur (6), - le boîtier d'encapsulation (11) est brasé de façon étanche, au moyen d'une métallisation (12), sur les bords de l'orifice (2a) de la paroi (2) du tube intensificateur (1). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le senseur CCD (6), électro-sensible, est aminci et monté de façon que la face des métallisations de contact soit orientée vers l'extérieur du tube intensificateur (1). 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que, le tube intensificateur (1) fonctionnant sous vide, la puce du senseur CCD (6), amincie, est renforcée sur sa face avant par une plaquette de renfort (14,23,36) sur laquelle elle est fixée au moyen d'un joint (19) minéral ou organique 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la plaquette (14) de renfort avant est de dimensions plus petites que celles de la puce de CCD (6), et est complétée par un cadre de renfort arrière (15), l'étanchéité entre le boîtier (11), ledit cadre (15) et la puce de CCD (6) étant assurée par un premier (17) et un second (18) joints, minéraux 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les connexions extérieures du senseur (6) sont prises par l'intermédiaire des fils métalliques (16) thermosoudés sur les plots de connexions de la puce du senseur (6) et sur des plots de relais (21) en liaison avec des broches extérieures (20). 6 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la plaquette (23) de renfort avant est en matériau isolant, de dimensions au moins aussi grandes que celles de la puce de CCD (6), et est munie de trous métallisés (24), à l'aplomb et en contact avec les plots de connexions de la puce de senseur (6). 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les connexions extérieures du senseur (6) sont prises par l'intermédiaire de fils métalliques (16) thermosoudés sur les trous métallisés (24) de la plaquette de renfort avant (23) et sur des plots de relais (21) en liaison avec des broches extérieures (20). 8 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les connexions extérieures du senseur (6) sont prises par l'intermédiaire de fils métalliques passés dans les trous métallisés (24) de la plaquette de renfort avant (23) et réunis aux broches (25) extérieures disposées sur le couvercle isolant (26) du boîtier (11) du senseur, en réseau de type "fakir" ou "PGA" (Pin Grid Array).