FR2584863A1 - Composant electronique durci vis-a-vis des radiations - Google Patents

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Abstract

L'INVENTION A POUR OBJET UN COMPOSANT ELECTRONIQUE 1 DURCI VIS-A-VIS DES RADIATIONS NOTAMMENT IONISANTES, PAR REVETEMENT DE CELUI-CI D'UN MATERIAU COMPOSITE FORMANT UN COMPOSANT DE PROTECTION 2, SUSCEPTIBLE D'ATTENUER FORTEMENT LES RADIATIONS RECUES PAR LE COMPOSANT ELECTRONIQUE. CE MATERIAU COMPOSITE COMPORTE AU MOINS DEUX MATERIAUX DISTINCTS, L'UN D'EUX CARACTERISE PAR UN NOMBRE DE CHARGES ATOMIQUES Z ELEVE ET L'AUTRE PAR UN NOMBRE DE CHARGES ATOMIQUES FAIBLE; LES MATERIAUX SONT ARRANGES DANS LE COMPOSANT DE PROTECTION 2 DE SORTE QUE LA PARTIE DU COMPOSANT SITUEE AU VOISINAGE DU COMPOSANT ELECTRONIQUE 1 PRESENTE UN NOMBRE Z FAIBLE.

Description

COMPOSANT ELECTRONIQUE DURCI VIS-A-VIS
DES RADIATIONS
La présente invention a pour objet un composant électronique "durci" vis-à-vis des radiations, c'est-à-dire un composant qui est protégé contre ces radiations.
Dans la description suivante, on désignera pour simplifier par "corr,,,sant" tout composant discret ou tout ensemble de composants formant un circuit hybride ou intégré.
La réalisation d'équipements électroniques performants tant sur le plan de la vitesse de traitement que de la capacité ou de la compacité, tels que des calculateurs embarqués, nécessite des circuits complexes, rapides et à haut degré d'intégration. Or ces circuits sont très sensibles aux effets des radiations en général, et plus particulièrement ceux qui résultent de l'ionisation.
Pour limiter ces effets, différentes techniques de protection ou de "durcissement" sont connues.
L'une de ces techniques consiste à réaliser un blindage extérieur de l'équipement électronique complet, à l'aide par exemple de feuilles d'un métal choisi en fonction du type de radiations à arrêter.
Ses inconvénients sont principalement le poids et l'encombrement, particulièrement gênants pour des matériels embarqués.
Selon une autre technique on choisit, pour réaliser l'équi- pement, des composants etlou des circuits résistant aux radiations de par leur structure même : le durcissement est le résultat à la fois des règles de conception utilisées (prenant notamment en compte la variation de certains paramètres et les dégradations provoquées par les radiations) et des technologies choisies. De tels composants ou circuits existent à l'heure actuelle mais en petit nombre et ils ne sont pas assez performants pour certaines applications, notamment sur le plan des degrés d'intégration atteints; en outre leur réalisation en technologie durcie exige parfois des délais extrêmement longs et leur coût est très élevé.
Une autre technique consiste à placer le composant dans un bottier spécial, réalisé pour résister aux radiations. Cette dernière solution présente d'une part l'inconvénient d'être limitée aux composants susceptibles d'être encapsulés dans des boîtiers et, d'autre part, d'exiger des bottiers spéciaux.
La présente invention permet d'éviter ces inconvénients en réalisant un durcissement au niveau du composant lui-même, le composant étant de conception classique (non durcie) mais revêtu d'un matériau composite, susceptible d'atténuer fortement les radiations reçues par le composant. Ce matériau composite de protection comporte au moins deux matériaux distincts, le nombre de charges atomiques (généralement noté Z) de l'un étant élevé par rapport à celui de l'autre et les matériaux étant arrangés de sorte que la partie située au voisinage du composant électronique à protéger présente un nombre de charges faible.
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 1, le schéma d'un composant électronique durci selon l'invention;
- les figures 2, a et b, des variantes de réalisation du matériau composite utilisé dans l'invention;
- la figure 3, une courbe explicative;
- la figure 4, un mode de réalisation d'un composant durci selon l'invention, disposé dans un boîtier.
Sur ces différentes figures, d'une part l'échelle réelle n'a pas été respectée à des fins de clarté et, d'autre part, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments.
La figure 1 représente donc, vu en coupe, un mode de réalisation du composant selon l'invention.
Sur cette figure, on a disposé un composant électronique l, muni sur sa face supérieure (par exemple) de plots de connexion ll, destinés à permettre sa connexion électrique à l'extérieur. Selon l'invention, on dispose sur cette même face (supérieure) un composant 2 ayant pour fonction de protéger le composant électronique l contre les radiations. Le composant 2 est fixé sur le composant électronique 1 par l'intermédiaire d'un matériau de fixation 3.
Le composant de protection 2 comporte au moins deux matériaux distincts, l'un des matériaux ayant un nombre de charges atomiques Z1 élevé par rapport au nombre de charges Z2 de l'autre matériau. En effet, ainsi qu'il est connu, les matériaux à nombre de charges élevé permettent d'atténuer notamment les rayonnements fortement ionisants, tels que les rayons X et Y. Toutefois, cette atténuation entraîne la production d'un flux d'électrons qu'il est souhaitable également d'atténuer, autant que possible, ce flux d'électrons étant en effet susceptible de perturber le fonctionnement du composant électronique à protéger.Pour remplir cette dernière fonction, un matériau à nombre de charges plus faible est préférable : il est en effet suffisant sur le plan énergétique, plus léger, répondant ainsi au critère de poids énoncé plus haut, et faiblement émissif d'électrons. Selon l'invention, une zone à nombre
Z faible est placée de préférence en vis-à-vis du composant électronique.
On entend dans la présente description par nombre de charges élevé, un nombre au moins égal à 35 et par un nombre de charges faible, un nombre au plus égal à 20.
Selon une variante de réalisation, le composant 2 est constitué par deux couches distinctes superposées comme représenté en coupe sur la figure 2a: une couche 21 à nombre#de charges Zl élevé ex le couche 22 à nombre de charges Z2 faible. La couche 22 est alors celle qui est placée du côté du composant électronique 1, c'est-à dire en contact avec le matériau de fixation 3.
Selon une autre variante de réalisation (non représentée), on dispose plusieurs couches de chacun de ces matériaux en alternance, afin d'améliorer l'efficacité du dispositif, une couche du matériau à nombre de charges faible restant disposée du côté du composant électronique I.
Selon une autre variante de réalisation, représentée sur la figure 2b, le composant protecteur 2 se compose d'au moins trois couches, repérées 23, 24 et 25: la couche centrale (24) présente un nombre de charges élevé; la couche (25) placée du côté du composant électronique présente un nombre de charges faible pour les raisons indiquées plus haut, et la couche (23) placée vers l'extérieur du dispositif présente également un nombre de charges faible, afin de limiter l'émission d'électrons vers le reste de l'équipement électronique.
Dans un mode de réalisation particulier de la structure de la figure 2b, les couches extérieures 23 et 25 peuvent être réalisées en un même matériau et de même épaisseur, ce qui présente l'avantage de symétriser la structure et par là d'obtenir un composant présentant une meilleure résistance mécanique aux écarts de température.
En ce qui concerne le choix des matériaux constituant le composant de protection 2, le matériau à nombre de charges faible peut être par exemple un des corps suivants: carbone, aluminium, silicium, alumine ou silice; le matériau à nombre de charges élevé peut être du platine, une céramique diélectrique, choisie soit dans la famille des titanates, par exemple titanate de baryum modifié (avec des métaux lourds) ou titanate de strontium avec oxyde de néodyne (également modifié), soit dans la famille des oxydes, par exemple l'oxyde de titane (modifié également), soit encore une céramique complexe à base de plomb.
Dans une autre variante de -réalisation, au lieu de disposer successivement des couches de matériaux à nombre Z élevé ou faible, il peut être avantageux d'éviter une transition brutale entre matériau à nombre Z élevé et matériau à nombre Z faible, notamment en vue d'éviter les chocs thermiques à l'interface des deux matériaux dûs au stockage d'énergie dans le matériau à nombre Z élevé lorsque les radiations subies sont intenses. Cette transition douce peut être réalisée à l'aide de matériaux différents à nombres
Z intermédiaires, disposés en couches successives, ou par alliage ou composition des matériaux en cause: par exemple composition céramique incluant un pourcentage croissant de matériau à nombre
Z fort ou faible.
La figure 3 représente un exemple d'évolution du nombre Z du composant de protection 2 dans son épaisseur (e) dans le cas où on souhaite également disposer d'un matériau à nombre Z faible vers l'extérieur du dispositif. Sur la figure 3, le nombre Z de charges du composant 2 évolue entre deux valeurs Z m et ZM, les deux faces extrêmes du composant 2 présentant un nombre Z minimum (Zm) et le centre du composant présentant un nombre maximum (ZM), l'évo- lution se faisant lentement entre ces valeurs extrêmes le long de l'épaisseur du matériau.
Plus généralement, le composant protecteur 2 doit être formé de matériaux tels qu'il soit adapté mécaniquement au matériau formant le composant électronique 1, notamment sur le plan thermique.
Dans un mode de réalisation, le matériau constituant le matériau de fixation 3 présente un nombre de charges Z faible, pour les raisons indiquées plus haut. A titre d'exemple, ce matériau peut être une colle souple.
La figure 4 représente un mode de réalisation du composant durci selon l'invention dans lequel celui-ci est encapsulé dans un boîtier.
Sur la figure 4, on retrouve le composant électronique 1 recouvert de son composant protecteur 2. Le composant électronique 1 est placé sur une embase 4 formant l'embase d'un boîtier, par exemple du type "chip carrier". Le composant 1 est fixé sur l'embase 4 par l'intermédiaire d'une couche 44, constituée par exemple par une brasure ou, de préférence, par une colle ayant un nombre de charges faible, pour les raisons indiquées plus haut. Les plots de connexion Il du composant 1 sont reliés par des fils de connexion 43 à des pistes conductrices 41, disposées sur l'embase 4 et se prolongeant dans des demi-trous pratiqués classiquement à la périphérie de l'embase jusqu8 sa surface inférieure, pour former les plots de connexion du boîtier.Le boîtier est fermé par un capot S, disposé sur une partie latérale 44 prolongeant l'embase 4, par l'intermédiaire d'un joint 45.
Les matériaux formant le bottier peuvent être les matériaux connus à cet effet.
Dans une variante de réalisation, I'embase 4 peut être formée à l'aide de matériaux tels que ceux qui constituent le composant de protection 2, afin d'assurer ainsi la protection du composant électronique I aux rayonnements venant du côté de l'embase 4. Il est toutefois à noter que la protection contre le rayonnement sur cette face du composant est moins nécessaire que sur l'autre, du fait que le composant avec, le cas échéant, son boîtier sont en général montés sur des substrats comportant éventuellement des drains thermiques, formant naturellement une première protection contre les radiations.
Dans une autre variante de réalisation, aussi bien les parties latérales que le capot du bottier peuvent être également constitués par des matériaux du type de ceux qui est sont utilisés pour réaliser le composant 2.
Il est à noter que le composant de protection 2 peut ainsi comporter une succession de couches conductrices et de couches isolantes électriquement, sous réserve que les matériaux isolants et conducteurs présentent les nombres de charges Z requis par le dispositif selon l'invention. Le composant 2 peut alors remplir d'autres fonctions, telle que celle de condensateur de découplage.

Claims (10)

    REVENDICATIONS l. Composant électronique durci vis-à-vis des radiations ionisantes, caractérisé en ce qu'il comporte, déposé sur une face du composant électronique (l) lui-même, un composant protecteur (2) comportant au moins deux matériaux distincts, le nombre de charges atomiques de l'un étant élevé par rapport à celui de l'autre, ces matériaux étant arrangés de sorte que la partie située au voisinage du composant électronique présente un nombre de charges faible.
  1. 2. Composant selon la revendication l, caractérisé en ce que les deux matériaux sont disposés selon respectivement deux couches distinctes superposées (21, 22), la couche (22) située la plus près du composant électronique (1) ayant le nombre de charges le plus faible.
  2. 3. Composant selon la revendication 2, caractérisé en ce que le composant protecteur comporte en outre une troisième couche (23) d'un matériau à nombre de charges faible, située vers l'extérieur du composant durci.
  3. 4. Composant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le composant protecteur (2) comporte une pluralité de couches superposées sur le composant électronique (1), les couches étant constituées alternativement par un matériau de nombre de charges élevé puis par un matériau de nombre de charges faible.
  4. 5. Composant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux matériaux sont mélangés pour constituer le composant de protection (2) selon un pourcentage variable selon l'épaisseur dudit composant, de sorte que le nombre de charges résultant v < -ie sensiblement continuement le long de ladite épaisseur.
  5. 6. Composant selon la revendication S, caractérisé en ce que la variation du nombre de charges passe par un maximum (Zm) sensiblement situé dans la zone médiane du composant protecteur (2).
  6. 7. Composant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le composant de protection (2) est fixé sur le composant électronique (l) au moyen d'un matériau de fixation (3) à nombre de charges faible.
  7. 8. Composant selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé par le fait que l'un des deux matériaux est électriquement conducteur alors que l'autre est isolant, et que le composant protecteur (2) comporte au moins trois couches desdits matériaux, formant un condensateur.
  8. 9. Composant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le matériau à nombre de charges faible à un nombre de charges au plus égal à 20.
  9. 10. Composant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le matériau à nombre de charges faible est choisi das le groupe suivant : carbone, aluminium, silicium, alumine, silice.
    Il. Composant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le matériau à nombre de charges élevé à un nombre de charges au moins égal à 35.
  10. 12. Composant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le matériau à nombre de charges élevé est du platine ou une céramique diélectrique choisie dans la famille des ditanates, dans la famille des oxydes ou dans la famille des céramiques complexes à base de plomb.
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