FR2853137A1 - Heat-regulating (opto)electronic housing with a thermoelectric cooling system comprises a ceramic base with a cavity occupied by semiconductor components - Google Patents
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Abstract
Description
Boîtier électronique ou optoélectronique thermo-régulant à fondFully thermo-regulating electronic or optoelectronic box
alvéolaire hautement hermétique intégrant un système de régulation et de dissipation thermique par effet thermoélectrique (Peltier) Domaine de l'invention L'invention concerne un boîtier électronique ou optoélectronique, thermo-régulant, hautement hermétique aux liquides, aux gaz, capable de supporter un vide poussé sans fuites, et intégrant un système de régulation et de dissipation thermique par effet thermoélectrique (Peltier). Field of the invention The invention relates to a thermo-regulating electronic or optoelectronic housing, highly hermetic to liquids, to gases, capable of withstanding a vacuum. pushed without leaks, and incorporating a thermoelectric regulation and dissipation system (Peltier).
L'invention concerne plus particulièrement, un boîtier électronique ou optoélectronique, thermo-régulant, hautement hermétique, de type céramique / céramique ou céramique / métal, dont le fond en céramique, a la forme d'une alvéole occupée en tout ou partie par au moins un système intégré de régulation et 20 de dissipation thermique par un effet thermoélectrique (Peltier), ledit fond en céramique formant l'une des plaques constitutives dudit Peltier. The invention relates more particularly to an electronic or optoelectronic, thermo-regulating, highly hermetic box, of the ceramic / ceramic or ceramic / metal type, the ceramic bottom of which is in the form of a cell occupied in whole or in part by the at least one integrated regulation and heat dissipation system by a thermoelectric effect (Peltier), said ceramic base forming one of the constituent plates of said Peltier.
L'invention concerne également un procédé de montage du boîtier 25 électronique ou optoélectronique, thermo-régulant, hautement hermétique aux agressions de son environnement de fonctionnement, telles que variations de pression, de température, compositions gazeuses, liquides ou autres intégrant un système de régulation et de dissipation thermique, par effet 30 thermoélectrique (Peltier). The invention also relates to a method for mounting the electronic or optoelectronic box, thermoregulating, highly hermetic to the aggressions of its operating environment, such as variations in pressure, temperature, gas, liquid or other compositions integrating a regulation system. and heat dissipation, by thermoelectric effect (Peltier).
L'invention concerne enfin l'application du boîtier électronique ou optoélectronique, thermo-régulant, dans les domaines tels que par exemple l'aérospatial, les technologies de transport, la téléphonie, l'électronique ou autres. Finally, the invention relates to the application of the thermo-regulating electronic or optoelectronic box in fields such as, for example, aerospace, transport technologies, telephony, electronics or others.
Etat de la technique Les boîtiers électroniques ou optoélectroniques sont en général formés d'un fond céramique intégrant des circuits électriques tridimensionnels, sur lequel est brasé un cadre ou un capot, 10 boîtiers dont les caractéristiques sont d'avoir des coefficients de dilatation thermique faibles et d'être et de rester absolument hermétique aux gaz, dont la vapeur d'eau, malgré les cycles thermiques ou cycles de pression et dépression auxquels ces boîtiers peuvent être soumis dans leur environnement 15 d'implantation et de fonctionnement. STATE OF THE ART Electronic or optoelectronic boxes are generally formed of a ceramic bottom integrating three-dimensional electrical circuits, on which a frame or a cover is soldered, 10 boxes whose characteristics are to have low coefficients of thermal expansion and to be and remain absolutely hermetic to gases, including water vapor, despite the thermal cycles or pressure and vacuum cycles to which these housings can be subjected in their environment of implantation and operation.
Les composants intégrés dans ces types de boîtiers concernent de plus en plus des systèmes électroniques ou optoélectroniques qui demandent à opérer sous des températures contrôlées et régulées, 20 afin de réduire, dans la mesure du possible, les aléas de fonctionnement qui résultent de différences de température engendrées en interne lors de leur fonctionnement, les composants électroniques ou optoélectroniques présents dans lesdits boîtiers, génèrant des calories qu'il faut éliminer. 25 L'état de la technique enseigne déjà que l'adjonction à l'intérieur de tels boîtiers, de systèmes de régulation et de dissipation thermique par effet thermoélectrique (Peltier), permet de réduire la charge thermique appliquée aux divers 30 composants électroniques ou optoélectroniques présents à l'intérieur du boîtier. The components integrated in these types of housings increasingly relate to electronic or optoelectronic systems which require operating under controlled and regulated temperatures, in order to reduce, as far as possible, the operating hazards which result from temperature differences generated internally during their operation, the electronic or optoelectronic components present in said boxes, generating calories which must be eliminated. The state of the art already teaches that the addition, inside such housings, of regulation and heat dissipation systems by thermoelectric effect (Peltier), makes it possible to reduce the thermal load applied to the various electronic or optoelectronic components. present inside the housing.
Les systèmes de régulation et de dissipation thermique par effet thermoélectrique (Peltier) sont constitués de deux plaques de céramique, l'une des plaques étant la plaque chaude et l'autre la plaque froide, ces deux plaques en céramique étant munies de pistes conductrices et reliées entre elles par des semiconducteurs, au contact des pistes conductrices, alimentés en 5 courant électrique. Cette alimentation, au travers du circuit des semi-conducteurs, engendre un effet thermique véhiculant les calories de la plaque froide vers la plaque chaude. La plaque chaude est elle-même fixée sur le fond du boîtier, et joue le rôle de capteur et de dissipateur de calories, ledit fond du 10 boîtier étant lui-même relié à, par exemple, une partie métallique support, externe au boîtier. The thermoelectric effect (Peltier) regulation and heat dissipation systems consist of two ceramic plates, one of the plates being the hot plate and the other the cold plate, these two ceramic plates being provided with conductive tracks and connected together by semiconductors, in contact with the conductive tracks, supplied with electric current. This supply, through the semiconductor circuit, generates a thermal effect conveying the calories from the cold plate to the hot plate. The hot plate is itself fixed to the bottom of the housing, and acts as a sensor and heat sink, said bottom of the housing itself being connected to, for example, a metal support part, external to the housing.
De par la nécessité de devoir placer un nombre de composants de plus en plus important dans un espace restreint, parce que les 15 boîtiers sont de plus en plus miniaturisés, mais aussi parce que les boîtiers sont de plus en plus plats, l'état de la technique révèle et décrit différentes solutions pour la réalisation de boîtiers infiniment plus dissipants les calories et, dès lors, intégrant un système de régulation et de dissipation thermique 20 par effet thermoélectrique (Peltier). Due to the need to place an increasing number of components in a limited space, because the 15 housings are more and more miniaturized, but also because the housings are more and more flat, the state of the technique reveals and describes different solutions for producing infinitely more heat dissipating packages and, therefore, incorporating a regulation and heat dissipation system 20 by thermoelectric effect (Peltier).
Un premier document (demande de brevet US 2002 /0003819 Ai) décrit le positionnement du Peltier dans une fenêtre ouverte dans le fond du boîtier, la plaque inférieure, c'est à dire la 25 plaque chaude, du Peltier venant s'ajuster dans cette fenêtre du fond du boîtier pour permettre de diminuer l'épaisseur totale. A first document (patent application US 2002/0003819 Ai) describes the positioning of the Peltier in an open window in the bottom of the housing, the bottom plate, that is to say the hot plate, of the Peltier coming to fit in this window at the bottom of the case to reduce the total thickness.
L'implantation d'un Peltier dans cette ouverture constitue une nouveauté par rapport à l'état de la technique qui préconise jusqu'alors la seule fixation de la plaque inférieure du Peltier 30 sur le fond du boîtier le contenant comme l'est tout autre composant électronique, comme par exemple un circuit intégré. The implantation of a Peltier in this opening constitutes a novelty compared to the state of the art which until now recommends only fixing the lower plate of the Peltier 30 on the bottom of the case containing it like any other electronic component, such as an integrated circuit.
Malgré son intérêt, cette solution entraîne des inconvénients dont certains sont majeurs. L'un d'entre eux est la nécessité d'avoir une grande précision dans les tolérances de cotes, entre l'épaisseur de la plaque inférieure du Peltier c'est à dire la plaque chaude et le fond du boîtier qui dès lors possède cette fenêtre munie d'un cadre interne assurant le positionnement du 5 Peltier à la fois en hauteur et dans le plan horizontal. Cette obligation géométrique fait que tout décalage de niveau entre le fond du boîtier et la plaque inférieure du Peltier peut provoquer des ruptures du fond céramique, par nature fragile, dès lors que s'effectue la fixation du boîtier sur un support 10 externe, mais également restreindre les flux thermiques si le fond du Peltier n'est pas réellement en contact avec le support externe dissipant sur lequel il est fixé. Par ailleurs, comme un boîtier en particulier optoélectronique doit posséder une herméticité poussée, l'existence d'une ouverture supplémentaire 15 dans son fond augmente les risques de perte d'herméticité. Despite its interest, this solution involves drawbacks, some of which are major. One of them is the need to have great precision in the dimensional tolerances, between the thickness of the bottom plate of the Peltier, that is to say the hot plate and the bottom of the case, which therefore has this window with an internal frame ensuring the positioning of the 5 Peltier both in height and in the horizontal plane. This geometrical obligation means that any level difference between the bottom of the case and the lower Peltier plate can cause ruptures of the ceramic bottom, by fragile nature, as soon as the case is fixed on an external support, but also restrict heat flows if the bottom of the Peltier is not really in contact with the dissipating external support on which it is fixed. Furthermore, as a particularly optoelectronic package must have a hermetic tightness, the existence of an additional opening 15 in its bottom increases the risks of loss of hermeticity.
Un autre document (demande de brevet US 2002/0085598 Al) décrit le positionnement d'un Peltier sur le fond d'un boîtier optoélectronique, dont la plaque inférieure, dite plaque chaude 20 est fixée sur ledit fond. Pour gagner un espace de liberté dans la hauteur de l'enceinte du boîtier, la plaque supérieure du Peltier, c'est à dire la plaque froide, est utilisée comme plaque support pour les composants électroniques ou optoélectroniques contenus dans le boîtier, alors que dans 25 l'état de la technique, il est connu qu'une plaque intermédiaire est généralement ajoutée au contact de la face supérieure du Peltier, pour recevoir les éléments optoélectronique disposés au sein du boîtier. Dans cette solution il peut apparaître que les échanges thermiques entre le fond du Peltier et le fond du 30 boîtier sont fonction de l'excellence de l'interface entre ces deux fonds aussi bien en terme de géométrie des fonds qu'en terme de leur conductivité thermique. Another document (patent application US 2002/0085598 A1) describes the positioning of a Peltier on the bottom of an optoelectronic box, the lower plate of which, said hot plate 20 is fixed on said bottom. To gain space in the height of the enclosure, the upper Peltier plate, i.e. the cold plate, is used as a support plate for the electronic or optoelectronic components contained in the housing, whereas in 25 state of the art, it is known that an intermediate plate is generally added in contact with the upper face of the Peltier, to receive the optoelectronic elements disposed within the housing. In this solution, it may appear that the heat exchanges between the bottom of the Peltier and the bottom of the case are a function of the excellence of the interface between these two bottoms, both in terms of the geometry of the bottoms and in terms of their conductivity. thermal.
Un autre document (demande de brevet japonais N'JP5067844) propose un progrès important à l'égard de l'état de la technique, qui consiste à utiliser la plaque de fond en céramique du boîtier comme plaque inférieure ou plaque chaude, 5 du Peltier, cette plaque inférieure du Peltier étant mise aux côtes du cadre ou du capot du boîtier. Another document (Japanese patent application N'JP5067844) proposes an important advance with regard to the state of the art, which consists in using the ceramic bottom plate of the housing as a bottom plate or hot plate, 5 of the Peltier , this lower Peltier plate being placed at the sides of the frame or the housing cover.
Toutefois, si cette dernière solution est effectivement source de gains d'espace en hauteur, et potentiellement source de gains 10 économiques, par l'utilisation commune d'une seule plaque céramique pour deux fonctions, c'est-à-dire la plaque céramique inférieure du Peltier devenant la plaque céramique de fond du boîtier, il semble qu'elle ne puisse répondre, dans son architecture de boîtier à cadre ou capot assemblé à la plaque de 15 fond céramique, aux exigences de haute herméticité pour le boîtier. However, if the latter solution is indeed a source of space savings in height, and potentially a source of economic savings, by the common use of a single ceramic plate for two functions, i.e. the ceramic plate lower of the Peltier becoming the ceramic bottom plate of the case, it seems that it cannot meet, in its architecture of a frame or cover case assembled with the ceramic bottom plate, the requirements of high hermeticity for the case.
Car, il existe une demande de plus en plus exigeante sur le marché de boîtiers à très haute herméticité et ce, en 20 particulier, pour des boîtiers thermo-régulants à système de régulation et de dissipation thermique par effet thermoélectrique (Peltier) dont le fond céramique est formé par la plaque inférieure chaude du Peltier. Cette haute herméticité au vide est à assurer quels que soient les cycles thermiques et 25 de pression auxquels le boîtier est soumis, dès lors que certains des composants électroniques ou optoélectroniques doivent opérer dans des conditions de vide poussé et / ou dans des atmosphères contrôlées. Because, there is an increasingly demanding demand on the market for very hermetic enclosures and this, in particular, for thermo-regulating housings with thermoelectric effect (Peltier) regulation and heat dissipation system whose bottom ceramic is formed by the hot bottom plate of the Peltier. This high vacuum tightness is to be ensured whatever the thermal and pressure cycles to which the housing is subjected, since some of the electronic or optoelectronic components must operate under conditions of high vacuum and / or in controlled atmospheres.
Objectifs de l'invention Dès lors, l'invention poursuit un certain nombre d'objectifs, pour répondre aux besoins d'utilisation de tels boîtiers thermo- régulants, y compris dans des conditions extrêmes, de telle sorte qu'elle puisse éliminer au mieux les inconvénients précités et qu'elle apporte des solutions aménagées et améliorées par rapport aux divers moyens mis en oeuvre dans les boîtiers électroniques ou optoélectroniques thermo- régulants. Objectives of the invention Consequently, the invention pursues a certain number of objectives, in order to meet the needs for the use of such thermoregulating housings, even under extreme conditions, so that it can eliminate at best the aforementioned drawbacks and that it provides adapted and improved solutions compared to the various means used in thermoregulating electronic or optoelectronic boxes.
Tout au long de la description de l'objet de l'invention, la haute herméticité du boîtier s'exprimera par un taux de fuite à l'hélium inférieur à 10-8 cm3 par seconde sous 1 atmosphère de 10 pression différentielle à une température ambiante de 230C lorsque mesurée selon les normes Standards Militaires Américains MIL-STD-883, méthode 1014 Condition A. Un premier objet de l'invention est de créer un boîtier thermo15 régulant électronique ou optoélectronique de type céramique / céramique ou céramique / métal, avec un fond céramique, contenant au moins un système de régulation et de dissipation thermique par effet thermoélectrique (Peltier), ce boîtier ayant une herméticité très poussée. Throughout the description of the object of the invention, the high hermeticity of the housing will be expressed by a helium leakage rate of less than 10-8 cm3 per second under 1 atmosphere of 10 differential pressure at a temperature ambient temperature of 230C when measured according to American Military Standards MIL-STD-883, method 1014 Condition A. A first object of the invention is to create a thermo15 regulating electronic or optoelectronic box of the ceramic / ceramic or ceramic / metal type, with a ceramic base, containing at least one regulation and heat dissipation system by thermoelectric effect (Peltier), this housing having a very tight hermeticity.
Un autre objet de l'invention est de créer un boîtier thermorégulant électronique ou optoélectronique de haute herméticité, de type céramique / céramique ou céramique / métal, avec un fond céramique qui consiste à utiliser ledit fond céramique du 25 boîtier comme l'une ou l'autre des plaques inférieures ou supérieures du Peltier. Une manière simplifiée de visualiser cet objet est de considérer que le fond en céramique d'un boîtier, appelé à recevoir d'autres composants électriques, électroniques et optoélectroniques est assemblé avec un "demi-Peltier". Ce 30 demiPeltier étant formé de l'autre plaque céramique du Peltier et des semisconducteurs, assemblés avec une autre plaque. Un tel assemblage crée un Peltier interne au boîtier, ou un Peltier externe au boîtier, selon que le "demi-Peltier" est associé à la face interne ou externe du fond céramique du boîtier. Another object of the invention is to create a highly hermetic electronic or optoelectronic thermoregulating package, of the ceramic / ceramic or ceramic / metal type, with a ceramic bottom which consists in using said ceramic bottom of the box as one or the other. other of the lower or upper plates of the Peltier. A simplified way to visualize this object is to consider that the ceramic bottom of a case, called to receive other electrical, electronic and optoelectronic components is assembled with a "half-Peltier". This half-Peltier being formed from the other ceramic plate of the Peltier and the semiconductors, assembled with another plate. Such an assembly creates a Peltier internal to the housing, or a Peltier external to the housing, depending on whether the "half-Peltier" is associated with the internal or external face of the ceramic base of the housing.
Un autre objet de l'invention est de créer un boîtier thermorégulant électronique ou optoélectronique de haute herméticité, du type céramique / céramique ou céramique / métal, dont le fond 5 céramique a la forme d'une alvéole ayant en coupe la forme de la lettre U, occupée en tout ou partie par au moins un Peltier, dont les bords sont orientés vers l'intérieur ou l'extérieur du boîtier, selon que le Peltier est placé de façon interne ou externe au boîtier. Another object of the invention is to create an electronic or optoelectronic thermoregulating housing of high hermeticity, of the ceramic / ceramic or ceramic / metal type, the ceramic bottom of which has the shape of a cell having in section the shape of the letter U, occupied in whole or in part by at least one Peltier, the edges of which are oriented towards the inside or outside of the case, depending on whether the Peltier is placed internally or externally to the case.
Un autre objet de l'invention est de créer un boîtier thermorégulant électronique ou optoélectronique, de haute herméticité, du type céramique / céramique ou céramique / métal, dont le fond céramique a la forme d'une alvéole double ayant en coupe la 15 forme de la lettre H, occupée en tout ou partie par au moins un Peltier dans chaque alvéole, dont les bords sont orientés vers l'intérieur et l'extérieur du boîtier quand deux Peltier sont placés, l'un à l'intérieur du boîtier et l'autre à l'extérieur du boîtier. Another object of the invention is to create an electronic or optoelectronic thermoregulating housing, of high hermeticity, of the ceramic / ceramic or ceramic / metal type, the ceramic bottom of which has the shape of a double cell having in section the shape of the letter H, occupied in whole or in part by at least one Peltier in each cell, the edges of which are oriented towards the inside and outside of the case when two Peltiers are placed, one inside the case and the other outside the housing.
Un autre objet de l'invention est de créer un boitier thermorégulant électronique ou optoélectronique du type céramique / céramique ou céramique / métal, ayant un fond en céramique de haute herméticité, c'està-dire présentant un taux 25 de fuite à l'hélium qui doit être inférieur à 10-8 cm3 par seconde sous une atmosphère de pression différentielle, à température ambiante de 230C, lorsque mesurée selon la norme Standards Militaires Américains MIL-STD-883, méthode 1014 Condition A. Another object of the invention is to create an electronic or optoelectronic thermoregulating package of the ceramic / ceramic or ceramic / metal type, having a ceramic bottom of high hermeticity, that is to say having a helium leakage rate. which must be less than 10-8 cm3 per second under an atmosphere of differential pressure, at room temperature of 230C, when measured according to the American Military Standards standard MIL-STD-883, method 1014 Condition A.
Sommaire de l'inventionSummary of the invention
Tous les objectifs énoncés précédemment peuvent être atteints grâce au boîtier électronique ou optoélectronique, objet de l'invention. All the objectives set out above can be achieved thanks to the electronic or optoelectronic box, object of the invention.
Selon l'invention le boîtier électronique ou optoélectronique thermorégulant hautement hermétique de type céramique / céramique ou céramique / métal, avec un fond céramique, 10 intégrant un système de régulation et de dissipation thermique par effet thermoélectrique (Peltier) qui se compose: * d'un fond céramique constituant l'une des plaques du système thermoélectrique (Peltier), * d'un cadre ou d'un capot céramique ou métallique, associé au fond céramique, * de broches de connections montées dans le boîtier par 20 l'intermédiaire d'inserts céramique dans le cas ou le cadre est métallique, ou intégrées dans la céramique du fond ou de la paroi du cadre lorsque le cadre est en céramique, * de moyens de fixation du boîtier sur un support, 25 * éventuellement d'au moins un orifice dans le cas de boîtiers opto électronique, * d'une autre plaque céramique associée à des semi-conducteurs, 30 cet assemblage formant la partie du système thermoélectrique (Peltier) associé au fond céramique, est caractérisé en ce que ledit fond en céramique constituant l'une des plaques du système de régulation et de dissipation thermoélectrique (Peltier) est formé d'au moins une alvéole dont les bords sont orientés vers l'intérieur et / ou l'extérieur du boîtier, cette alvéole étant occupée en tout ou partie par les composants semi-conducteurs placés entre le fond de ladite 5 alvéole et une autre plaque céramique pour former au moins un système thermoélectrique Peltier. According to the invention, the highly hermetic thermoregulating electronic or optoelectronic box of the ceramic / ceramic or ceramic / metal type, with a ceramic base, 10 incorporating a system of regulation and heat dissipation by thermoelectric effect (Peltier) which consists of: a ceramic bottom constituting one of the plates of the thermoelectric system (Peltier), * of a ceramic or metallic frame or cover, associated with the ceramic bottom, * of connection pins mounted in the housing by means of '' ceramic inserts in the case where the frame is metallic, or integrated in the ceramic of the bottom or of the wall of the frame when the frame is ceramic, * means of fixing the case on a support, 25 * possibly at least an orifice in the case of opto-electronic packages, * of another ceramic plate associated with semiconductors, this assembly forming the part of the thermoelectric system ( Peltier) associated with the ceramic bottom, is characterized in that said ceramic bottom constituting one of the plates of the thermoelectric regulation and dissipation system (Peltier) is formed of at least one cell whose edges are oriented inward and / or the outside of the housing, this cell being occupied in whole or in part by the semiconductor components placed between the bottom of said cell and another ceramic plate to form at least one Peltier thermoelectric system.
Dès lors, l'invention vise à créer un boîtier électronique ou optoélectronique thermo-régulant du type céramique / céramique 10 ou céramique / métal avec un fond céramique formé d'au moins une alvéole constituant l'une des plaques d'un système à effet thermoélectrique (Peltier) et recevant un ensemble comportant une autre plaque céramique associée à des semi-conducteurs pour former ledit système thermoélectrique (Peltier). 15 L'invention concerne aussi un boîtier qui possède une haute herméticité s'exprimant par un taux de fuite à l'hélium inférieur à 10-8 cm3 par seconde sous une atmosphère de pression différentielle à température ambiante 230C lorsque mesurée selon 20 la norme Standards militaires américains MIL-STD-883, méthode 1014 Condition A. L'invention concerne également un procédé de réalisation de boîtiers thermo-régulants électroniques ou optoélectroniques 25 hautement hermétiques de type céramique / céramique ou céramique / métal, avec un fond céramique muni d'un système de régulation et de dissipation thermique par effet thermoélectrique (Peltier), architecturé de manière à ce que ledit fond céramique du boîtier constitue l'une des plaques céramique sur laquelle 30 les composants semi-conducteurs apparaissent sous forme de plots interconnectés, pris en sandwich entre ledit fond du boîtier et l'autre plaque du système de régulation et de dissipation thermique par effet thermoélectrique (Peltier). - Therefore, the invention aims to create an electronic or optoelectronic thermo-regulating box of the ceramic / ceramic 10 or ceramic / metal type with a ceramic base formed of at least one cell constituting one of the plates of an effect system. thermoelectric (Peltier) and receiving an assembly comprising another ceramic plate associated with semiconductors to form said thermoelectric system (Peltier). The invention also relates to a housing which has a high hermeticity expressed by a helium leakage rate of less than 10-8 cm3 per second under an atmosphere of differential pressure at room temperature 230C when measured according to the Standard. US military MIL-STD-883, method 1014 Condition A. The invention also relates to a method for producing thermo-regulating electronic or optoelectronic packages 25 of highly hermetic type ceramic / ceramic or ceramic / metal, with a ceramic bottom provided with a thermoelectric effect regulation and dissipation system (Peltier), structured so that said ceramic bottom of the housing constitutes one of the ceramic plates on which the semiconductor components appear in the form of interconnected pads, taken sandwich between said bottom of the housing and the other plate of the regulation and dissipation system t hermetic by thermoelectric effect (Peltier). -
Description détaillée de l'invention Detailed description of the invention
Selon l'invention, il est possible de créer un boîtier thermo5 régulant électronique ou optoélectronique de haute herméticité, du type céramique / céramique ou céramique / métal, dont le fond céramique a la forme d'une alvéole ayant en coupe la forme de la lettre U, occupée en tout ou partie par au moins un Peltier, dont l'alvéole est l'une des plaques et dont les bords sont 10 orientés vers l'intérieur ou l'extérieur du boîtier, selon que le Peltier est placé de façon interne ou externe au boîtier. According to the invention, it is possible to create a thermo5 electronic or optoelectronic regulating box of high hermeticity, of the ceramic / ceramic or ceramic / metal type, the ceramic bottom of which has the shape of a cell having in section the shape of the letter U, occupied in whole or in part by at least one Peltier, the cell of which is one of the plates and the edges of which are oriented towards the inside or outside of the housing, depending on whether the Peltier is placed internally or external to the housing.
Selon l'invention également, il est possible de créer un boîtier thermorégulant électronique ou optoélectronique, de haute 15 herméticité, du type céramique / céramique ou céramique / métal, dont le fond céramique a la forme d'une alvéole double ayant en coupe la forme de la lettre H, occupée en tout ou partie par un moins un Peltier dans chaque alvéole, dont l'alvéole est l'une des plaques et dont les bords sont orientés vers l'intérieur et 20 l'extérieur du boîtier et l'autre à l'extérieur du boîtier. According to the invention also, it is possible to create an electronic or optoelectronic thermoregulating housing, of high hermeticity, of the ceramic / ceramic or ceramic / metal type, the ceramic bottom of which has the shape of a double cell having in section the shape of the letter H, occupied in whole or in part by at least one Peltier in each cell, the cell of which is one of the plates and the edges of which are oriented towards the inside and outside of the housing and the other outside the housing.
Selon l'invention, chacune des alvéoles précédemment évoquées peut contenir au moins un Peltier, c'est-à-dire que chaque alvéole peut contenir deux Peltier et plus si nécessaire pour 25 organiser efficacement régulation et dissipation thermique par effet thermoélectrique, selon la taille du boîtier. According to the invention, each of the abovementioned cells can contain at least one Peltier, that is to say that each cell can contain two Peltiers and more if necessary to efficiently organize regulation and heat dissipation by thermoelectric effect, depending on the size. of the housing.
La réalisation de boîtiers électroniques ou optoélectroniques de type céramique / céramique ou céramique / métal relève de 30 techniques connues. The production of electronic or optoelectronic boxes of the ceramic / ceramic or ceramic / metal type is based on 30 known techniques.
Dans le cadre de l'invention, l'un des éléments essentiels de tels boîtiers électroniques ou optoélectroniques est constitué par la plaque de fond en céramique intégrant des circuits - 11 électriques tridimensionnels, qui est en général produite par un empilement de feuilles céramique soumises ultérieurement à une opération de frittage. In the context of the invention, one of the essential elements of such electronic or optoelectronic packages is constituted by the ceramic bottom plate integrating three-dimensional electrical circuits, which is generally produced by a stack of ceramic sheets subjected subsequently to a sintering operation.
Le procédé de réalisation de la plaque céramique de fond opère 5 selon plusieurs étapes distinctes que sont la préparation des matériaux céramique, la formation de feuilles céramiques, le traitement ces feuilles, l'assemblage des feuilles de céramique crue, le frittage des feuilles en céramique crue assemblées et les traitements post-frittage. The process for producing the bottom ceramic plate operates according to several distinct stages, which are the preparation of ceramic materials, the formation of ceramic sheets, the processing of these sheets, the assembly of the raw ceramic sheets, the sintering of the ceramic sheets. raw assemblies and post-sintering treatments.
La technique multicouche de réalisation de la plaque de fond du boîtier céramique, ainsi que du cadre dans le cas de boîtiers céramique / céramique, utilise des feuilles de céramique crues pour créer différentes couches isolantes, qui seront empilées 15 par la suite. Un réseau d'interconnexions est créé par sérigraphie d'encres métalliques sur les feuilles de céramique crues suivant un plan bidimensionnel (axes X, Y), alors que les liaisons verticales dans la troisième dimension (axe Z) sont obtenues par perçage de trous et remplissage de ces derniers par 20 une encre métallique conductrice. Ces créations de pistes et de voies verticales métallisées, pour des céramiques à cuisson à haute température, se font au moyen de compositions métalliques à base de tungstène et / ou de Molybdène. The multilayer technique for producing the bottom plate of the ceramic case, as well as of the frame in the case of ceramic / ceramic cases, uses raw ceramic sheets to create different insulating layers, which will be stacked subsequently. A network of interconnections is created by screen printing of metallic inks on the raw ceramic sheets along a two-dimensional plane (axes X, Y), while the vertical connections in the third dimension (axis Z) are obtained by drilling holes and filling these with a conductive metallic ink. These creations of metallized vertical tracks and tracks, for high temperature firing ceramics, are made using metallic compositions based on tungsten and / or Molybdenum.
Plus précisément et selon l'invention, le procédé de réalisation du fond en céramique formé d'au moins une alvéole constituant l'une des plaques d'un système de régulation et de dissipation thermoélectrique (Peltier) comprend les étapes de: a) préparation d'une suspension par mélange de matériaux céramiques pulvérulents, par dispersion desdits matériaux dans une phase organique liquide formée d'au moins un solvant, et éventuellement d'autres composants organiques, - 12 b) coulage des feuilles de céramique crue à partir de cette suspension céramique, c) séchage des feuilles pour évaporation du mélange solvant, d) sérigraphie sur le plan des feuilles séchées (X, Y), pour former tous les circuits conducteurs, les pistes de scellage et les pistes de brasage, au moyen d'une suspension de particules métalliques, encore appelée encre, formée d'au 10 moins un métal réfractaire pulvérulent, d'une matrice organique liquide et d'au moins un solvant, e) évaporation des solvants de la suspension des particules métalliques ou encre, f) perçage en cru de voies internes ou vias dans la troisième dimension (Z), g) remplissage des voies par une encre ou pâte de métallisation 20 formée au moyen d'une suspension de particules métalliques dispersées dans une matrice organique liquide comprenant au moins un solvant, h) empilement des différentes feuilles façonnées, c'est-à-dire 25 découpées et pourvues de leurs motifs sérigraphies respectifs pour former l'alvéole selon l'invention comprenant un fond et un bord en céramique crue, i) perçage éventuel de trous pour fixation des prises de 30 connexion, j) compression de l'empilement en un bloc homogène, k) évacuation des matières organiques résiduelles, - 13 1) frittage de la céramique à une température d'au moins 1350 C, m) assemblage par brasure sur le fond alvéolaire du cadre céramique ou métallique et des broches d'interconnexions à une température comprise entre 275 C et 8000 C, n) assemblage par soudure des semi-conducteurs du système de 10 régulation et de dissipation thermique par effet thermoélectrique (Peltier) sur le fond alvéolaire au droit des pistes initialement crées, à une température comprise entre 1300 C et 2400 C. Les matériaux céramiques pulvérulents mis en òuvre dans la préparation d'une suspension céramique en phase liquide (barbotine), sont essentiellement choisis dans le groupe constitué par les alumines et / ou les nitrures d'aluminium, éventuellement associés à d'autres composant pulvérulents tels 20 que par exemple, le talc, le kaolin, la wollastonite, des pigments tels que l'oxyde de chrome, au autres. More precisely and according to the invention, the method for producing the ceramic base formed of at least one cell constituting one of the plates of a thermoelectric regulation and dissipation system (Peltier) comprises the steps of: a) preparation of a suspension by mixing powdery ceramic materials, by dispersing said materials in a liquid organic phase formed of at least one solvent, and optionally other organic components, - 12 b) pouring the raw ceramic sheets from this ceramic suspension, c) drying of the sheets for evaporation of the solvent mixture, d) screen printing on the plane of the dried sheets (X, Y), to form all the conducting circuits, the sealing tracks and the soldering tracks, by means of a suspension of metallic particles, also called ink, formed from at least one powdery refractory metal, from a liquid organic matrix and from at least one solvent, e) evaporate ion of solvents in the suspension of metallic particles or ink, f) raw drilling of internal paths or vias in the third dimension (Z), g) filling of the paths with an ink or metallization paste 20 formed by means of a suspension metallic particles dispersed in a liquid organic matrix comprising at least one solvent, h) stacking of the different shaped sheets, that is to say 25 cut and provided with their respective screen printing patterns to form the cell according to the invention comprising a bottom and edge in raw ceramic, i) possible drilling of holes for fixing the connection sockets, j) compression of the stack into a homogeneous block, k) evacuation of residual organic matter, - 13 1) sintering of the ceramic at a temperature of at least 1350 C, m) assembly by brazing on the honeycomb bottom of the ceramic or metallic frame and the interconnection pins at a temperature between 275 C and 8000 C, n) assembly by soldering of the semiconductors of the regulation and thermal dissipation system by thermoelectric effect (Peltier) on the cellular background at the level of the tracks initially created, at a temperature between 1300 C and 2400 C. The powdery ceramic materials used in the preparation of a ceramic suspension in the liquid phase (slip) are essentially chosen from the group consisting of aluminas and / or aluminum nitrides, possibly associated with other powdery components such as 20 such as, for example, talc, kaolin, wollastonite, pigments such as chromium oxide, among others.
la suspension du mélange des matériaux pulvérulents céramiques dans la phase liquide organique formée d'au moins un solvant 25 organique d'au moins un liant organique d'un dispersant et éventuellement d'un agent plastifiant et / ou d'un agent lubrifiant, se compose de: * 50 à 75 % en poids du mélange de matériaux céramique 30 essentiellement constitué de A1203 et / ou de nitrure d'aluminium, de telle sorte que après un traitement thermique à haute température, tel qu'un frittage, la teneur en alumine et / ou en nitrure d'aluminium du produit issu du frittage contienne de l'ordre d'au moins environ 92 % en poids - 14 d'alumine et / ou de niture d'aluminium à la suite de l'élimination de ladite phase liquide, * de 5 à 15 % en poids d'au moins un liant organique, * de 15 à 45 % en poids d'au moins un solvant organique, * de O à 5 % en poids d'au moins un agent plastifiant et / ou d'un agent lubrifiant. the suspension of the mixture of ceramic powder materials in the organic liquid phase formed of at least one organic solvent of at least one organic binder of a dispersant and optionally of a plasticizing agent and / or a lubricating agent, composed of: * 50 to 75% by weight of the mixture of ceramic materials 30 essentially consisting of A1203 and / or aluminum nitride, so that after a high temperature heat treatment, such as sintering, the content of alumina and / or aluminum nitride of the product from sintering contains of the order of at least about 92% by weight - 14 of alumina and / or aluminum niture following the elimination of said liquid phase, * from 5 to 15% by weight of at least one organic binder, * from 15 to 45% by weight of at least one organic solvent, * from 0 to 5% by weight of at least one plasticizing agent and / or a lubricating agent.
* La dimension diamétrale des grains constituant les matériaux céramiques constituants est bien connue de l'homme de l'art. * The diametrical dimension of the grains constituting the constituent ceramic materials is well known to those skilled in the art.
Toutefois, cette dimension diamétrale préférentielle apparaît être comprise entre 0,5 et 5 pm. 15 * Le liant organique utilisé dans le cadre de l'invention pour la préparation de la suspension, les matériaux céramiques dans une phase liquide organique est choisi de telle sorte qu'il conditionne l'obtention, à partir de ladite suspension, d'une 20 feuille céramique crue non cassante et exempte de rigidité excessive. De plus, ce liant organique est choisi d'une manière telle que lors de l'opération de frittage, il ne laisse pas ou laisse une quantité infime de carbone dans la céramique frittée. Ce liant organique peut être choisi parmi 25 les polymères connus de l'état de la technique et en particulier dans le groupe des polymères incluant le polyvinylbutyral, les polymères acryliques ou méthacryliques, acrylates ou méthacrylates, les alcools polyvinyliques, des polyoléfines. However, this preferred diametrical dimension appears to be between 0.5 and 5 μm. 15 * The organic binder used in the context of the invention for the preparation of the suspension, the ceramic materials in an organic liquid phase is chosen so that it conditions the obtaining, from said suspension, of a 20 raw ceramic sheet not brittle and free from excessive rigidity. In addition, this organic binder is chosen in such a way that during the sintering operation, it does not leave or leaves a minute amount of carbon in the sintered ceramic. This organic binder can be chosen from the polymers known from the prior art and in particular from the group of polymers including polyvinyl butyral, acrylic or methacrylic polymers, acrylates or methacrylates, polyvinyl alcohols, polyolefins.
* Le liant organique peut être également accompagné d'un agent plastifiant aidant à la formation d'un feuille de céramique crue non cassante et exempte de rigidité excessive. L'agent plastifiant, pouvant entrer dans la formation de la suspension - 15 de poudres céramiques, peut être choisi dans le groupe constitué par les polyalkylène glycols, tel que par exemple le polyéthylène glycol, l'éthylène glycol, les éthers monoéthyliques de l'éthylène glycol, les alkyls phtalates, en 5 particulier le dibutylphtalate mis en oeuvre seuls ou en mélange. * The organic binder can also be accompanied by a plasticizing agent helping to form a non-brittle raw ceramic sheet free from excessive stiffness. The plasticizing agent, which can enter into the formation of the suspension of ceramic powders, can be chosen from the group consisting of polyalkylene glycols, such as for example polyethylene glycol, ethylene glycol, monoethyl ethers of the ethylene glycol, alkyl phthalates, in particular dibutylphthalate used alone or as a mixture.
* Le solvant organique mis en oeuvre dans le cadre de l'invention pour le préparation de la suspension de matériaux céramiques 10 pour former la phase liquide organique, peut être choisi parmi les solvants connus de l'état de la technique et plus particulièrement dans le groupe des solvants formé par les alcools, tels que le méthanol et l'éthanol, les cétones comme la méthyléthylcétone, les solvants halogénés tels que 15 trichloréthane, le trichloréthylène, pris seuls ou en mélange. * The organic solvent used in the context of the invention for the preparation of the suspension of ceramic materials to form the organic liquid phase, can be chosen from the solvents known from the prior art and more particularly in the group of solvents formed by alcohols, such as methanol and ethanol, ketones such as methyl ethyl ketone, halogenated solvents such as trichloroethane, trichlorethylene, taken alone or as a mixture.
Tous les pourcentages en poids des composants intervenant dans la création de la suspension de matériaux céramiques dans une phase liquide organique sont * définis pour pouvoir obtenir des feuilles de céramique crue offrant une tenue mécanique suffisante dans la gamme des épaisseurs souhaitées, * dans des rapports entre composants minéraux et organiques conduisant à la maîtrise des caractéristiques mécaniques souhaitées pour contrôler la cinétique d'évaporation des divers solvants quand la suspension céramique passe de son état liquide au moment de la formation de la feuille à un état 30 solide souple après ladite évaporation. All the percentages by weight of the components involved in the creation of the suspension of ceramic materials in an organic liquid phase are * defined in order to be able to obtain raw ceramic sheets offering sufficient mechanical strength in the range of thicknesses desired, * in ratios between mineral and organic components leading to the control of the mechanical characteristics desired for controlling the evaporation kinetics of the various solvents when the ceramic suspension changes from its liquid state at the time of formation of the sheet to a flexible solid state after said evaporation.
La suspension de matériaux céramiques dans la phase organique liquide est coulée sur un support, en général une feuille de faible épaisseur en matière synthétique, puis passée sous une - 16 lame qui va répartir la suspension sur le support afin de produire une bande de céramique crue d'épaisseur spécifique et uniforme, soumise à l'élimination des solvants organiques. Une fois sèche, et une fois le support délaminé, cette bande devient 5 une couche céramique qui est facilement manipulable en rouleaux ou en feuilles, facilitant les différentes phases d'assemblage et de traitement effectués sur leurs surfaces et / ou à travers elles. The suspension of ceramic materials in the liquid organic phase is poured onto a support, generally a thin sheet of synthetic material, then passed under a - 16 blade which will distribute the suspension on the support in order to produce a strip of raw ceramic of specific and uniform thickness, subject to the elimination of organic solvents. Once dry, and once the support has been delaminated, this strip becomes a ceramic layer which is easy to handle in rolls or in sheets, facilitating the various phases of assembly and treatment carried out on their surfaces and / or through them.
Dès lors que la base de céramique est sèche, des circuits dont les uns ont une fonction conductrice et les autres une fonction d'accrochage, pour la brasure des divers éléments entre eux du boîtier à assembler, sont imprimés sur les feuilles céramiques selon des motifs appropriés, au moyen d'encres métalliques. 15 Selon l'invention, la création de pistes métallisées sur la feuille céramique crue, qu'elle soit réalisée en alumine ou en nitrure d'aluminium, destinée par assemblage à devenir simultanément le fond alvéolaire du boîtier et une des plaques 20 du Peltier est réalisée par l'une ou l'autre des techniques d'impression ou de revêtement, en particulier sérigraphique, au moyen des encres comportant dans leur formulation des matériaux métalliques réfractaires, tels que du tungstène, du molybdène mis en oeuvre seuls ou en mélanges. 25 D'autres pistes, telles celles concernant les broches d'interconnexions, et celles destinées à recevoir les semiconducteurs du "Peltier", sont faites par le même moyen d'impression mettant en oeuvre les mêmes encres métalliques. 30 Ces divers types de pistes doivent, en effet, permettre des brasures suffisamment résistantes et fiables, qui résistent aux cycles thermiques et aux cycles de variation de pression qui résultent des conditions d'exploitation des boîtiers. Toutes - 17 variations thermiques ou variations dans les pressions auxquelles les boîtiers peuvent être soumis engendrent des contraintes mécaniques concentrées à l'interface, soumettant cette interface à des phénomènes de fatigue engendrant des risques de perte d'étanchéité à ce niveau. As soon as the ceramic base is dry, circuits, some of which have a conductive function and the others of an attachment function, for soldering the various elements of the housing to be joined together, are printed on the ceramic sheets in patterns. suitable, using metallic inks. According to the invention, the creation of metallized tracks on the raw ceramic sheet, whether it is made of alumina or aluminum nitride, intended by assembly to simultaneously become the honeycomb bottom of the housing and one of the plates 20 of the Peltier is produced by one or other of the printing or coating techniques, in particular screen printing, using inks comprising in their formulation refractory metallic materials, such as tungsten, molybdenum used alone or in mixtures. Other tracks, such as those relating to the interconnection pins, and those intended to receive the semiconductors of the "Peltier", are made by the same printing means using the same metallic inks. These various types of tracks must, in fact, allow solderings which are sufficiently resistant and reliable, which resist the thermal cycles and the pressure variation cycles which result from the operating conditions of the housings. All - 17 thermal variations or variations in the pressures to which the boxes can be subjected generate concentrated mechanical stresses at the interface, subjecting this interface to fatigue phenomena generating risks of loss of tightness at this level.
Dans le cas des broches d'interconnexions, les contraintes de flexion lors des assemblages et des pliures desdites broches nécessitent des résistances élevées à l'accrochage. In the case of interconnection pins, the bending stresses during assemblies and bends of said pins require high resistance to hooking.
De même, les feuilles de céramique crue sont munies de trous façonnés verticalement qui, dès lors qu'ils sont remplis au moyen d'une pâte métallique conductrice, forment des voies ou "vias" conductrices permettant à travers les diverses couches de 15 feuilles céramiques, d'assumer la liaison entre les pistes métalliques conductrices des diverses couches céramiques et toutes les fonctions des circuits de communications et d'interconnexions entre les composants internes et l'environnement externe du boîtier. 20 Les encres métalliques, pour l'impression des pistes conductrices ou destinées à créer les pistes de scellage et de brasure et les pâtes métalliques pour le remplissage des voies verticales ou vias entre les couches en céramique, sont des 25 suspensions de métaux réfractaires pulvérulents, dans une phase liquideorganique de viscosité adaptée à chaque usage. Similarly, the raw ceramic sheets are provided with vertically shaped holes which, when filled with a conductive metallic paste, form conductive paths or "vias" allowing through the various layers of 15 ceramic sheets , to assume the connection between the conductive metal tracks of the various ceramic layers and all the functions of the communication and interconnection circuits between the internal components and the external environment of the housing. 20 Metallic inks, for printing conductive tracks or intended to create sealing and soldering tracks and metallic pastes for filling vertical or vias tracks between ceramic layers, are suspensions of powdery refractory metals, in an organic liquid phase of viscosity adapted to each use.
Les métaux réfractaires pulvérulents sont préférentiellement choisis dans le groupe constitué par le tungstène et le 30 molybdène, mis en oeuvre seuls ou en combinaison. Ces métaux pouvant facilement résister aux températures pratiquées pour le frittage des feuilles céramiques crues, dont la température minimale est d'au moins 1350 OC. - l8 The powdery refractory metals are preferably chosen from the group consisting of tungsten and molybdenum, used alone or in combination. These metals can easily withstand the temperatures used for sintering raw ceramic sheets, the minimum temperature of which is at least 1350 ° C. - l8
La dimension des particules du tungstène et du molybdène pulvérulents est comprise souhaitablement entre 0,5 et 2,5 pm et préférentiellement compris entre 0,5 et 1,5 pm. The particle size of the powdery tungsten and molybdenum is desirably between 0.5 and 2.5 μm and preferably between 0.5 and 1.5 μm.
La phase organique liquide est formée au moyen des mêmes liants organiques et des mêmes solvants organiques que ceux mis oeuvre dans la préparation de la suspension céramique, étant entendu que les quantités des divers composants en % en poids sont 10 déterminées en fonction de l'utilisation qui sera faire de ladite suspension métallique réfractaire. The liquid organic phase is formed by means of the same organic binders and the same organic solvents as those used in the preparation of the ceramic suspension, it being understood that the amounts of the various components in% by weight are determined according to the use which will be made of said refractory metal suspension.
Dès lors que les différentes feuilles céramiques crues ont reçu les motifs sérigraphies respectifs, au moyen de l'encre 15 réfractaire précitée, les différentes feuilles façonnées et découpées à dimension, sont empilées pour former, par compression, un bloc homogène en feuilles céramiques crues, ayant la forme d'une alvéole comprenant un fond et un bord en céramique crue, l'élimination de la majeure partie des matières 20 organiques (les liants et les solvants) s'effectue à faible température, selon une cinétique lente, préalablement à l'opération de frittage. As soon as the different raw ceramic sheets have received the respective screen printing patterns, by means of the aforementioned refractory ink, the different sheets shaped and cut to size, are stacked to form, by compression, a homogeneous block of raw ceramic sheets, having the shape of a cell comprising a bottom and a rim in raw ceramic, the elimination of the major part of the organic matter (binders and solvents) is carried out at low temperature, according to a slow kinetics, before l sintering operation.
Les vias qui ont été antérieurement remplies de pâte conductrice 25 constituée d'une suspension de métaux pulvérulents réfractaires dispersés dans une phase organique liquide, vont devenir, une fois le frittage effectué, les interconnections électriques verticales entre les circuits horizontaux conducteurs imprimés ou sérigraphies sur les différentes couches de céramique crue, 30 assemblées les unes sur les autres. The vias which have previously been filled with conductive paste 25 consisting of a suspension of refractory pulverulent metals dispersed in a liquid organic phase, will become, after sintering, the vertical electrical interconnections between the horizontal conductive circuits printed or screen printed on the different layers of raw ceramic, 30 assembled on top of each other.
L'alvéole en céramique crue, selon l'invention résultant de la compression de l'empilement des feuilles crues préparées comme précité, subit alors une opération de frittage à une température - 19 d'au moins 13500 C et préférentiellement à une température comprise entre 14500 C et 18000 C. Cette opération de frittage peut se faire sous une atmosphère 5 contrôlée, en général réductrice, et peut s'effectuer sous une charge de telle manière que le retrait qui s'effectue généralement dans les trois dimensions (X, Y, Z), ne puisse s'effecteur seulement que dans l'axe vertical (Z). The raw ceramic cell, according to the invention resulting from the compression of the stack of raw sheets prepared as above, then undergoes a sintering operation at a temperature - 19 of at least 13,500 C and preferably at a temperature between 14500 C and 18000 C. This sintering operation can be carried out under a controlled atmosphere, generally reducing, and can be carried out under a load such that the withdrawal which is generally carried out in three dimensions (X, Y , Z), can only be done in the vertical axis (Z).
L'assemblage par brasure du cadre métallique ou en céramique constituant les parois verticales du boîtier, sur la piste du fond alvéolaire céramique, s'effectue entre 275 OC et 800 OC, pour être hermétiques. Cet assemblage se fait à des températures d'au moins 275 OC, c'est à dire utilise des brasures de type or 15 / étain, ou préférentiellement à des températures d'au moins 350 0C, c'est à dire utilise des brasures or / germanium, ou encore plus préférentiellement à des températures d'au moins 780'C, c'est à dire utilise des brasures argent / cuivre. De telles brasures sont suffisamment ductiles pour résister aux cycles 20 thermiques, de variation de pression, et aux contraintes mécaniques aux quels sont soumis les boîtiers sans risque de voir se créer des craquelures ou des fissures au niveau des assemblages, engendrant des fuites inacceptables lorsque le vide est fait à l'intérieur du boîtier, ou permettant des 25 pénétrations de l'extérieur vers l'intérieur du boîtier. The soldering of the metal or ceramic frame constituting the vertical walls of the housing, on the track of the ceramic honeycomb bottom, takes place between 275 OC and 800 OC, to be hermetic. This assembly is done at temperatures of at least 275 ° C., that is to say uses 15 / tin gold type solders, or preferably at temperatures of at least 350 ° C., that is to say uses gold solders / germanium, or even more preferably at temperatures of at least 780 ° C., that is to say uses silver / copper solders. Such brazings are sufficiently ductile to withstand thermal cycles, pressure variation, and the mechanical stresses to which the housings are subjected without the risk of cracking or cracks being created in the assemblies, causing unacceptable leaks when the a vacuum is created inside the case, or allowing penetrations from the outside to the inside of the case.
Les broches d'interconnexions, munis ou non d'inserts céramique, suivant que ces broches doivent ou non passer au travers du cadre métallique, sont brasées dans des conditions identiques, 30 afin de permettre que cette opération se fasse en même temps que la brasure du cadre métallique sur le fond du boîtier. - 20 The interconnection pins, whether or not fitted with ceramic inserts, depending on whether or not these pins must pass through the metal frame, are soldered under identical conditions, in order to allow this operation to be carried out at the same time as the soldering metal frame on the bottom of the case. - 20
Dans le cas des boîtiers optoélectroniques, les systèmes de maintien de lentille peuvent utiliser des sertissages ou des brasages. In the case of optoelectronic boxes, the lens holding systems can use crimps or solderings.
Les systèmes de fixation du boîtier sur le support destiné à le recevoir, comprennent différentes pièces métalliques, à faible coefficient de dilatation thermique, telles que pattes de fixation, oreilles, cavaliers, écrous, vis, sangles métallique, brides, qui sont fixées par brasage sur le fond céramique du 10 boîtier ayant préalablement reçu une piste métallique appropriée. De tels assemblages utilisent les mêmes moyens de brasage que ceux précédemment évoqués. Toutefois, pour les applications dans le domaine de l'automobile, des contraintes mécaniques nouvelles, en particulier de résistance aux 15 vibrations sur des périodes de service longues, imposent des résistances mécaniques élevées au niveau de ces interfaces. The systems for fixing the box to the support intended to receive it, include different metal parts, with a low coefficient of thermal expansion, such as fixing lugs, ears, jumpers, nuts, screws, metal straps, flanges, which are fixed by soldering. on the ceramic background of the housing having previously received an appropriate metal track. Such assemblies use the same brazing means as those previously mentioned. However, for applications in the automotive field, new mechanical constraints, in particular resistance to vibration over long service periods, impose high mechanical resistances at these interfaces.
L'assemblage des semi conducteurs du système de régulation et de dissipation thermique par effet thermoélectrique (Peltier) sur le fond du boîtier au droit des pistes initialement crées, se fait par soudure entre 130 OC et 240 OC. Les soudures utilisent des compositions à base d'étain, afin de rester à des températures suffisamment basses pour ne pas risquer d'endommager les composants semi conducteur du Peltier. Ces 25 soudures sont de types étain bismuth, a point de fusion de 1400C, ou de type étain plomb, à point de fusion de 232 0C, ou de type étain nickel, à point de fusion de 232 C. The assembly of the semiconductors of the regulation and heat dissipation system by thermoelectric effect (Peltier) on the bottom of the case in line with the tracks initially created, is done by welding between 130 OC and 240 OC. The solders use tin-based compositions, in order to remain at temperatures low enough not to risk damaging the semiconductor components of the Peltier. These 25 solders are of the bismuth tin type, with a melting point of 1400C, or of the lead tin type, with a melting point of 232 ° C., or of the tin tin type, with a melting point of 232 C.
Le choix de compositions de soudure est fait de telle manière 30 qu'il n'y ait: * ni diffusion métallique dans les semi-conducteurs au moment o s'effectue la soudure, - 21 * ni salissure métallique et / ou dépôt d'une phase organique volatile sur la lentille du système optoélectronique lorsque cette lentille est déjà présente dans le cadre préalablement brasé. The choice of solder compositions is made in such a way that there is: * no metallic diffusion in the semiconductors at the time of soldering, - 21 * no metallic soiling and / or deposit of a volatile organic phase on the lens of the optoelectronic system when this lens is already present in the previously brazed frame.
Les mesures de fuite d'hélium permettant de vérifier l'herméticité du boîtier se font une fois le couvercle métallique du boîtier soudé sur le cadre métallique, dans le cas d'un boîtier à cadre métallique ou une fois que le capot est 10 brasé sur l'alvéole céramique constituant le fond du boîtier La détection de la perte d'herméticité pour de tels boîtiers appelés à recevoir des composants électroniques ou optoélectroniques est critique parce que l'entrée de 15 contaminants à l'intérieur du boîtier protecteur risque d'être fortement préjudiciable à la marche des composants incorporés et réduit la vie effective desdits composants. La vapeur d'eau, par exemple, présente dans le boîtier ou pénétrant dans le boîtier agit comme un contaminant et est un inconvénient majeur pour les 20 composants. Helium leakage measurements to verify the hermeticity of the housing are made once the metal cover of the housing is welded to the metal frame, in the case of a metal frame housing or once the cover is brazed to the ceramic cell constituting the bottom of the case The detection of the loss of hermeticity for such cases called to receive electronic or optoelectronic components is critical because the entry of contaminants inside the protective case risks being strongly detrimental to the operation of the incorporated components and reduces the effective life of said components. Water vapor, for example, present in or entering the housing acts as a contaminant and is a major disadvantage for the components.
De tels boîtiers thermo-régulants hautement hermétiques de type céramique / céramique ou céramique / métal, avec un fond alvéolaire céramique, selon l'invention, intégrant un système de 25 régulation et de dissipation thermique par effet thermoélectrique (Peltier) sont employés dans tous les systèmes mettant en oeuvre des composants électroniques ou optoélectroniques sensibles, et qui doivent ainsi être d'abord protégés puis thermo-régulés. Such highly hermetic ceramic / ceramic or ceramic / metal type thermoregulating housings, with a ceramic honeycomb bottom, according to the invention, incorporating a thermoelectric regulation and heat dissipation system (Peltier) are used in all systems using sensitive electronic or optoelectronic components, which must therefore be protected first and then thermoregulated.
Ces boîtiers sont présents dans de nombreuses applications industrielles, dans des systèmes embarqués aussi bien satellites, missiles, avions, moyens de transport en commun, voitures, dans tous les systèmes de télécommunication, de - 22 transmission de données, tels que relais, terminaux, centraux. These boxes are present in numerous industrial applications, in on-board systems as well as satellites, missiles, planes, means of public transport, cars, in all telecommunication systems, of data transmission, such as relays, terminals, exchanges.
Ils peuvent être également présents sur des biens tels qu'équipements industriels et biens de consommation durable, intégrant des éléments capteurs et de conversion et de traitement de signal. They can also be present on goods such as industrial equipment and durable consumer goods, incorporating sensor elements and signal conversion and processing.
L'invention sera mieux comprise grâce à la description chiffrée des figures ci-après évoquées, ces figures n'ayant qu'un 10 caractère illustratif non limitatif. The invention will be better understood thanks to the numerical description of the figures mentioned below, these figures having only a nonlimiting illustrative nature.
La figure 1 est une coupe verticale d'un boîtier électronique ou optoélectronique dont le fond céramique est formé d'une alvéole contenant un "Peltier" interne. Figure 1 is a vertical section of an electronic or optoelectronic box whose ceramic bottom is formed by a cell containing an internal "Peltier".
La figure 2 est une coupe verticale d'un boîtier électronique ou optoélectronique dont le fond céramique est formé d'une alvéole contenant un Peltier externe. Figure 2 is a vertical section of an electronic or optoelectronic box whose ceramic bottom is formed of a cell containing an external Peltier.
La figure 3 est une coupe verticale d'un boîtier électronique ou optoélectronique dont le fond céramique est formé de deux alvéoles contenant un Peltier interne et un Peltier externe. Figure 3 is a vertical section of an electronic or optoelectronic box whose ceramic bottom is formed of two cells containing an internal Peltier and an external Peltier.
La figure 4 est une vue en perspective ouverte sur le devant 25 d'un boîtier électronique ou optoélectronique dont le fond céramique est formé d'une alvéole contenant un Peltier interne. Figure 4 is an open perspective view on the front 25 of an electronic or optoelectronic box whose ceramic bottom is formed of a cell containing an internal Peltier.
La figure 5 est une détail grossi en perspective provenant de la figure 4. Figure 5 is an enlarged detail in perspective from Figure 4.
Selon la figures 1, le boîtier électronique ou optoélectronique (1) comporte comme fond de boîtier, une alvéole (2) en céramique comprenant solidairement un fond (3) et un bord (4) tourné vers l'intérieur du boîtier. L'alvéole céramique (2)constitue l'une - 23 des plaques d'un système de régulation et dissipation thermoélectrique comprenant une autre plaque céramique (5) associée à des semi-conducteurs (6), cet assemblage qui comprend l'alvéole céramique (2), la plaque (5) et les semi-conducteurs (6), formant le système thermo-régulant (Peltier). According to FIGS. 1, the electronic or optoelectronic box (1) comprises, as the bottom of the box, a ceramic cell (2) integrally comprising a bottom (3) and an edge (4) facing the inside of the box. The ceramic cell (2) constitutes one of the plates of a thermoelectric regulation and dissipation system comprising another ceramic plate (5) associated with semiconductors (6), this assembly which comprises the ceramic cell. (2), the plate (5) and the semiconductors (6), forming the thermo-regulating system (Peltier).
Un cadre métallique (7) en Kovar est brasé sur l'alvéole céramique (2), l'ensemble cadre (7) et alvéole céramique (2) formant un boîtier électronique ou optoélectronique susceptible 10 d'être fermé par une plaque-capot et contenant le système de régulation et de dissipation thermoélectrique (Peltier). A metal frame (7) in Kovar is brazed on the ceramic cell (2), the frame (7) and ceramic cell (2) assembly forming an electronic or optoelectronic box capable of being closed by a cover plate and containing the thermoelectric regulation and dissipation system (Peltier).
Selon la figure 2, le boîtier électronique ou optoélectronique (1) comporte comme fond de boîtier, une alvéole (8) en céramique 15 comprenant solidairement le fond (3) et le bord (9), tourné vers l'extérieur du boîtier (1). L'alvéole céramique (8) constitue l'une des plaques d'un système de régulation et dissipation thermoélectrique comprenant une autre plaque céramique (10) associée à des semi- conducteurs, cet assemblage qui comprend 20 l'alvéole céramique (8), la plaque (5) et les semi-conducteurs, formant le système thermo-régulant (Peltier). According to FIG. 2, the electronic or optoelectronic box (1) comprises as the bottom of the box, a ceramic cell (8) 15 integrally comprising the bottom (3) and the edge (9), turned towards the outside of the box (1 ). The ceramic cell (8) constitutes one of the plates of a thermoelectric regulation and dissipation system comprising another ceramic plate (10) associated with semiconductors, this assembly which comprises the ceramic cell (8), the plate (5) and the semiconductors, forming the thermo-regulating system (Peltier).
Un cadre métallique (7) en Kovar est brasé sur l'alvéole céramique (8), l'ensemble cadre (7) et alvéole céramique (8) 25 formant un boîtier électronique ou optoélectronique susceptible d'être fermé par une plaquecapot dont le système de régulation et de dissipation thermoélectrique (Peltier) est extérieur audit boîtier. A metal frame (7) in Kovar is brazed on the ceramic cell (8), the frame (7) and ceramic cell (8) assembly 25 forming an electronic or optoelectronic box capable of being closed by a cover plate whose system thermoelectric regulation and dissipation (Peltier) is external to said housing.
Selon la figure (3), le boîtier électronique ou optoélectronique (1) comporte comme fond de boîtier deux alvéoles en céramique (2) et (8) adossées solidairement l'une à l'autre par le fond commun (3) muni d'un bord (4) tourné vers l'intérieur du boîtier et d'un bord (9) tourné vers l'extérieur du boîtier. - 24 According to FIG. (3), the electronic or optoelectronic box (1) comprises, as the bottom of the box, two ceramic cells (2) and (8) back-to-back with one another by the common bottom (3) provided with an edge (4) facing the inside of the housing and an edge (9) facing the outside of the housing. - 24
Les alvéoles céramique (2) et (8) constituent chacune l'une des plaques (3) d'un premier système interne de régulation et dissipation thermoélectrique comprenant une autre plaque 5 céramique (5) associée à des semi-conducteurs (6) et d'un deuxième système externe de régulation et dissipation thermoélectrique comprenant une autre plaque céramique (10) associée à des semi-conducteurs (11). The ceramic cells (2) and (8) each constitute one of the plates (3) of a first internal thermoelectric regulation and dissipation system comprising another ceramic plate (5) associated with semiconductors (6) and a second external thermoelectric regulation and dissipation system comprising another ceramic plate (10) associated with semiconductors (11).
Un cadre métallique (7) en Kovar est brasé sur le bord (4) de l'alvéole (2), l'ensemble cadre (7) alvéoles (2) et (8) en céramique formant le boîtier électronique ou optoélectronique, comprenant deux systèmes thermorégulants (Peltier), l'un interne et l'autre externe au boîtier, ledit boîtier étant 15 susceptible d'être fermé par une plaque-capot (non représentée). A metal frame (7) in Kovar is brazed on the edge (4) of the cell (2), the frame assembly (7) cells (2) and (8) made of ceramic forming the electronic or optoelectronic box, comprising two thermoregulating systems (Peltier), one internal and the other external to the housing, said housing being capable of being closed by a cover plate (not shown).
Les figures (4) et (5) conformes à la figure (1) révèlent le fond (3), le bord (4), l'alvéole (2) contenant le Peltier dont l'alvéole (3) constitue l'une des plaques, l'autre plaque (5) et 20 les semi-conducteurs (6) du Peltier, le cadre métallique en Kovar (7) et les broches 12, 13 et 14. 25 Figures (4) and (5) in accordance with Figure (1) reveal the bottom (3), the edge (4), the cell (2) containing the Peltier, the cell (3) of which is one of the plates, the other plate (5) and the semiconductors (6) of the Peltier, the metal frame in Kovar (7) and the pins 12, 13 and 14. 25
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