Brevet FR2808233A1 — publié le 20011102

La présente invention concerne un procédé de liaison par fils métalliques destiné à connecter deux électrodes à l'aide d'un fil métallique, un appareil à ondes acoustiques de surface, et un procédé de production d'un appareil à ondes acoustiques de surface. On a beaucoup utilisé un procédé de liaison par fils métalliques pour la connexion électrique d'électrodes qui sont séparées l'une de l'autre. Comme la surface d'une électrode de liaison est recouverte d'un film oxydé, celui- ci doit être retiré pour la fixation d'un fil de liaison. Dans un procédé de liaison de fils par ultrasons, des oscil- lations ultrasonores sont appliquées à un fil de liaison afin que le film oxydé formé en surface soit détruit par glissement du fil de liaison, si bien qu'une surface métal- lique activée apparaît. Ensuite, les élévations de tempéra- ture dues à la chaleur de frottement et à l'écoulement plastique provoquent une fusion localisée, une diffusion, etc., si bien que la jonction est réalisée par liaison métallique. Lorsqu'un tel procédé de liaison par fils métalliques est utilisé avec des éléments à ondes acoustiques de surface qui comportent une électrode formée d'un matériau tel que le tantale, dont la masse spécifique est supérieure à celle du substrat piézoélectrique, pour l'excitation d'une onde acoustique de surface en mode horizontal de cisaillement (type SH) (onde de Love, etc.), comme décrit par exemple dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 5 953 433 et 847 486, un problème se pose car un fil de liaison n'est pas connecté fermement à une électrode de l'élément à ondes acoustiques de surface. Pour la solution des problèmes précités, l'invention, dans des modes de réalisation préférés, met en oeuvre un procédé de liaison de fils grâce auquel un fil de liaison est fermement raccordé à une électrode de tantale d'un élément à ondes acoustiques de surface, et elle met à dispo- sition un appareil à ondes acoustiques de surface formé par utilisation du procédé précité de liaison par fils afin que la résistance de jonction et la fiabilité électrique soient élevées, et l'invention concerne aussi un procédé de pro- duction d'un tel appareil à ondes acoustiques de surface. Dans un mode d'exécution préféré de l'invention, un procédé de liaison par fils, destiné à la liaison par ultrasons de deux électrodes de connexion par un fil métallique, comprend les étapes suivantes: la formation de l'une au moins des électrodes de connexion à l'aide de tantale, et la formation du fil à l'aide d'un fil métallique dont la charge de fracture est d'environ 0,21 N ou plus, et d'un fil métallique ayant une contrainte de fracture supérieure ou égale à 290 N/m2. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, grâce à l'utilisation d'un fil ayant une grande résistance mécanique (contrainte de rupture élevée), la déformation plastique est minimale et l'énergie ultrasonore est appli- quée efficacement à la surface de connexion de la couche de tantale. De cette manière, une connexion robuste due à la liaison métallique entre le fil de liaison et la couche de tantale est réalisée si bien que le fil de liaison peut être raccordé de manière directe et fiable à la couche de tantale. En outre, il n'est pas nécessaire de former une électrode supplémentaire d'un matériau tel que Au ou Al sur la couche de tantale, si bien que le nombre d'étapes de fabrication est notablement réduit et permet une réduction du coût. Il est préférable, pour des raisons relatives à la charge de fracture, que le fil de liaison soit un fil d'alliage d'aluminium, en particulier un fil d'alliage Al-Si. Grâce à l'addition d'une très petite quantité de Si à l'aluminium, la charge de fracture augmente considéra- blement. Le procédé de liaison par fils, dans les modes d'exé- cution préférés de l'invention, est avantageusement appliqué à un appareil à ondes acoustiques de surface. Ainsi, le procédé peut être appliqué à un tel appareil à ondes acoustiques de surface qui comprend un boîtier ayant une surface de montage d'élément et un élément à ondes acoustiques de surface fixé sur la surface de montage d'élément du boîtier, l'élément à ondes acoustiques de surface comprenant un substrat piézoélectrique et des élec- trodes de transducteur à électrodes imbriquées et de liai- son, disposées à la surface supérieure du substrat piézoélectrique, et l'électrode de liaison de l'élément à ondes acoustiques de surface et une électrode externe de connexion du boîtier sont connectées mutuellement par un procédé de liaison par fils par ultrasons, dans d'autres modes préférés d'exécution de l'invention. Ainsi, un tel appareil à ondes acoustiques de surface est préparé par un procédé qui comprend les étapes suivantes: l'utilisation de tantale pour le transducteur à électrodes imbriquées et les électrodes de liaison de l'élément à ondes acoustiques de surface, et l'utilisation d'un fil de liaison ayant une charge de fracture d'environ 0,21 N ou plus et d'un fil de liaison ayant une contrainte de fracture d'environ 290 N/mm2 ou plus comme fil de liaison. De cette manière, une grande résistance de connexion entre le fil de liaison et l'élec- trode de liaison formée par une couche de tantale peut être obtenue si bien que, même lorsqu'un.choc dû à une chute lui est appliqué, le fil de liaison n'est pas séparé de l'élec- trode de liaison. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une coupe d'un exemple d'appareil à ondes acoustiques de surface formé par utilisation d'un procédé de liaison par fils dans un mode d'exécution préféré de l'invention; et la figure 2 est un graphique représentant la relation entre la résistance à la traction et le taux d'exfoliation en mode de rupture, en fonction de la charge de fracture du fil. La figure 1 représente un exemple d'appareil à ondes acoustiques de surface réalisé par mise en oeuvre d'un procédé de liaison par fils dans un mode d'exécution préféré de l'invention. L'appareil à ondes acoustiques de surface comprend de préférence un boîtier 1 ayant une surface 2a de montage d'élément et un élément 10 à ondes acoustiques de surface fixé à la surface de montage d'élément 2a du boîtier 1. Celui-ci a de préférence une cavité formée par disposition d'une plaque inférieure 2 et de parois latérales 4, 5 et 6, de préférence formées de céramique ou d'un autre matériau convenable, et des électrodes 7 et 8 destinées à une connexion avec l'extérieur sont formées afin qu'elles s'étendent de l'intérieur vers l'extérieur. Dans ce mode d'exécution préféré, les électrodes 7 et 8 de connexion extérieure sont de préférence formées de Au, Cu, Al ou un autre matériau convenable, et des plages 7a et 8a d'élec- trode qui sont connectées électriquement aux électrodes 7 et 8 sont formées à la surface supérieure de la paroi latérale 4. Une plaque céramique ou métallique 9 de couvercle est fixée à la face supérieure de la paroi latérale 6 par collage, soudage d'un cordon, brasage ou tout autre procédé convenable assurant le scellement hermétique de l'intérieur. Le boîtier 1 n'est pas limité à la formation d'une cavité. Il peut fermer hermétiquement l'intérieur par fixation de l'élément 10 à ondes acoustiques de surface sur un substrat plan et par raccordement d'un capuchon sur le substrat afin que l'élément soit recouvert. L'élément 10 à ondes acoustiques de surface est fixé à la surface 2a de montage d'élément du boîtier 1 afin qu'un adhésif 3 soit placé entre eux. L'élément 10 à ondes acous- tiques de surface crée de préférence une onde acoustique de surface de type SH et comporte un substrat piézoélectrique 11 formé d'un matériau piézoélectrique, tel que le tantalate de lithium, le niobiate de lithium et un matériau cristal- lin, un transducteur à électrodes imbriquées 12, et des électrodes de liaison 13 et 14. Les électrodes 12, 13 et 14 sont de préférence formées d'une couche de tantale, à la surface du substrat piézoélectrique 11. Les électrodes de liaison 13 et 14 et les plages 7a et 8a d'électrode du boîtier 1 sont reliées par les fils de liaison 20 et 21 par mise en oeuvre du procédé de liaison par fils à l'aide d'ultrasons. Les fils de liaison 20 et 21 sont de préférence formés d'un fil métallique ayant une charge de fracture d'environ 0,21 N ou plus, et, dans ce mode de réalisation préféré, on utilise de préférence un fil d'alliage Al-Si ayant un diamètre d'environ 30 gm. Lorsque le diamètre et la charge de fracture du fil de liaison sont d'environ 30 gm et d'environ 0,21 N ou plus respectivement, la contrainte de rupture est telle que décrite dans la suite. La section S du fil de diamètre égal à 30 pm environ est S = n(0,03)2/4 mm2, et la charge de rupture est alors égale à 0,21/S, soit environ 290 N/mm2. Ainsi, avec un matériau métallique ayant une contrainte de rupture d'environ 290 N/mm2 ou plus, la liaison par fils peut être réalisée convenablement même lors de l'utilisation d'un fil ayant un diamètre inférieur à 30 gm environ. D'après des recherches portant sur le procédé de liaison par fils, effectuées par les inventeurs, lorsqu'une électrode de liaison est formée d'une couche de tantale, un fluage plastique apparaît difficilement et une grande partie de l'énergie ultrasonore est transmise aux fils de liaison pour provoquer un écoulement plastique (déformation) car le fil de liaison est relativement tendre, si bien que l'éner- gie n'est pas fortement transmise à une surface de jonction. Ainsi, bien que la déformation du fil de liaison soit grande, la jonction avec l'électrode de liaison est insuffi- sante, et des problèmes de défaillance de la jonction du fil ou de résistance réduite à la traction du fil se posent. Au contraire, dans des modes d'exécution préférés de l'invention, des fils de liaison 20 et 21 de grande résis- tance, ayant une charge de fracture d'environ 0,21 N ou plus, sont utilisés si bien que la déformation plastique des fils de liaison 20 et 21 est réduite au minimum et ainsi l'énergie ultrasonore a un effet très avantageux à la surface de jonction entre les fils de liaison 20 et 21 et les électrodes de liaison 13 et 14. Ainsi, le glissement dû à l'oscillation ultrasonore se produit entre les fils de liaison 20 et 21 et les électrodes de liaison 13 et 14, si bien qu'une fusion localisée, une diffusion, etc., dues à la chaleur de frottement par glissement, sont produites et la jonction robuste par liaison métallique est ainsi obtenue. Les fils de liaison 20 et 21 peuvent être d'abord connectés aux plages 7a et 8a d'électrode ou aux électrodes de liaison 13 et 14. Dans le mode de réalisation préféré décrit précédemment, la liaison primaire est réalisée sur les électrodes de liaison 13 et 14 de l'élément 10 à ondes acoustiques de surface alors que la liaison secondaire est réalisée sur les plages d'électrode 7a et 8a du boîtier 1. Cependant, la liaison primaire peut être réalisée sur les plages d'électrode 7a et 8a alors que la liaison secondaire est réalisée sur les électrodes de liaison 13 et 14. La figure 2 représente une évaluation de la résistance de liaison lorsque la dureté du fil de liaison varie. Dans cette évaluation, un fil de Al contenant 1 % de Si, ayant un diamètre d'environ 30 gm, utilisé comme fil de liaison, et un outil de liaison ayant une forme de gorges alignées ont été utilisés. Un essai de traction sur le fil a été adopté pour la détermination de la résistance de jonction, et cette résistance et le mode de rupture du fil ont été mesurés. Il est indiqué que plus le taux d'exfoliation en mode de rupture est élevé (rupture à l'interface de l'électrode de liaison et du fil de liaison) et plus mauvais est l'état de la jonction. Comme on peut le noter sur la figure 2, lorsque la charge de fracture du fil est supérieure ou égal à 0,21 N environ, une exfoliation en mode de rupture ne se produit pas et la résistance à la traction est aussi très grande. L'état satisfaisant de la jonction peut être compris d'après ce fait. Dans le mode de réalisation préféré décrit précédem- ment, le procédé de liaison de fils selon l'invention est appliqué à un appareil à ondes acoustiques de surface. Cependant, le procédé de liaison selon l'invention s'applique aussi à un composant électronique dans la mesure o il possède une électrode de connexion formée d'une couche de tantale. L'électrode de connexion formée d'une couche de tantale n'est pas obligatoirement limitée au côté de l'élément du composant électronique et peut être placée du côté du boîtier. L'électrode de connexion formée d'une couche de tantale peut être placée à l'un des côtés primaire et secondaire. Cependant, il est préférable que le procédé de liaison, dans des modes de réalisation préférés de l'invention, soit appliqué au côté primaire car l'énergie ultrasonore lui est suffisamment appliquée. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux procédés et appareils qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de liaison par fils destiné à relier deux électrodes de connexion par un fil à l'aide d'ultrasons, le procédé de liaison par fils étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: la formation de l'une au moins des électrodes (7, 8) de connexion en tantale, et la formation du fil (20, 21) à l'aide d'un fil choisi parmi un fil métallique ayant une charge de fracture au moins égale à 0,21 N environ, et un fil métallique ayant une contrainte de fracture supérieure ou égale à 290 N/mm2 environ. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fil (20, 21) est un fil d'alliage d'aluminium ayant une charge de fracture supérieure ou égale à 0,21 N environ. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fil (20, 21) est un fil d'alliage Al-Si. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fil (20, 21) a une charge de fracture supérieure ou égale à 0,21 N environ. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fil (20, 21) a une contrainte de fracture supérieure ou égale à 290 N/mm2 environ. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fil (20, 21) est un fil d'alliage d'aluminium ayant une contrainte de fracture au moins égale à 290 N/mm2 environ. 7. Appareil à ondes acoustiques de surface, caractérisé en ce qu'il comprend: un boîtier (1) ayant une surface de montage d'élément, une plage d'électrode placée à l'intérieur du boîtier et une électrode externe (7, 8) de connexion placée à l'extérieur du boîtier et connectée électriquement à la plage d'élec- trode, un élément (10) à ondes acoustiques de surface fixé à la surface de montage d'élément du boîtier, l'élément (10) à ondes acoustiques de surface comprenant un substrat piézo- électrique (11), un transducteur (12) à électrodes imbriquées placées sur le substrat piézoélectrique et formées de tantale, et une électrode de liaison (13, 14) connectée électriquement au transducteur (12) à électrodes imbriquées et formée de tantale, et un fil (20, 21) de liaison connecté entre la plage d'électrode et l'électrode de liaison, le fil de liaison ayant une contrainte de fracture supérieure ou égale à 290 N/mm2 environ et une charge de fracture supérieure ou égale à 0,21 N environ. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le fil de liaison (20, 21) est un fil d'alliage d'aluminium. 9. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le fil de liaison (20, 21) est un fil d'alliage Al-Si. 10. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le fil de liaison (20, 21) a une charge de fracture supérieure ou égale à 0,21 N et une contrainte de fracture d'environ 290 N/mm2. 11. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément (10) à ondes acoustiques de surface crée une onde de surface de type horizontal de cisaillement sur le substrat piézoélectrique (11). 12. Procédé de production d'un appareil à ondes acous- tiques de surface, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: la fixation d'un élément (10) à ondes acoustiques de surface sur une surface de montage d'élément d'un boîtier (1) ayant une plage (7a, 8a) d'électrode placée à l'inté- rieur du boîtier et une électrode externe (7, 8) de connexion placée à l'extérieur du bottier et connectée électriquement à la plage d'électrode, l'élément (10) à ondes acoustiques de surface comprenant un substrat piézo- électrique, un transducteur (12) à électrodes imbriquées placées sur le substrat piézoélectrique (11) et formées de tantale, et une électrode de liaison (13, 14) connectée électriquement au transducteur (12) à électrodes imbriquées et formée de tantale, et la connexion électrique de la plage (7a, 8a) d'élec- trode et de l'électrode de liaison (13,14) par un fil de liaison (20, 21) par disposition du fil de liaison entre la plage d'électrode et l'électrode de liaison, le fil de liaison (20, 21) ayant une propriété choisie parmi une contrainte de fracture supérieure ou égale à 290 N/mm2 et une charge de fracture supérieure ou égale à 0,21 N. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le fil de liaison (20, 21) est un fil d'alliage d'aluminium. 14. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le fil de liaison (20, 21) est un fil d'alliage Al-Si. 15. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le fil de liaison (20, 21) a une charge de fracture supérieure ou égale à 0,21 N et une contrainte de fracture d'environ 290 N/mm2. 16. Appareil à ondes acoustiques de surface selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'élément (10) à ondes acoustiques de surface crée une onde de surface de type horizontal par cisaillement sur le substrat piezo- électrique (11).