Brevet FR2068620A1 — publié le 19710827

La présente invention est relative à la connexion de pastilles semiconductrices en circuit hybrides intégrés et se rapporte plus particulièrement à la connexion de pastilles semiconductrices à conducteurs incorporés en des circuits hybrides intégrés à pellicule épaisse Les progrès réalisés dans les circuits hybrides intégrés, en particulier dans la fabrication de dispositifs à pellicules épaisses, ont accru la nécessité de ces circuits dans de nombreuses applications . Cependant, un facteur tendant à limiter l1appli- cation des circuits intégrés à pellicules epaisses a été du aux problèmes associés à la soudure des contacts de la pastille semiconductrice aux contacts de la pellicule épaisse .Par exemple, des pastilles semiconductrices ayant un grand nombre de~contacts n'ont pas été largement utilisées dans les nombreuses applications possibles des circuits intégrés à pellicules épaisses Plus, souder des conducteurs sous forme de filaments entre les divers contacts d'une pastille et les plots de contact correspondants d'un circuit intégré peut être une opération longue et coûteuse . Ces liaisons et les fils très fins utilisés sont souvent fragiles et ne peuvent résister aux chocs et vibrations Ainsi, la fiabilité des interconnexions soudées décroît généralement lorsque le nombre de soudures augmente .Même avec une pastille comportant un simple transistor, par exemple, six soudures séparées sont en général nécessaires Par ailleurs, ltemploi de pastilles semiconductrices à conducteurs incorporés évite la nécessité de relier à l'aide de fils une pastille à un circuit hybride intégré Les pastilles à conducteurs incorporés présentent souvent des contacts sur une surface coplanaire, généralement la surface active de la pastille Suivant un procédé de liaison, une pastille à conducteurs incorporés ayant des contacts ductiles sous la forme de saillies est placée de -façon que sa surface munie de conducteurs soit adjacente au substrat à pellicule épaisse .Les contacts en forme de saillies sont ensuite présentés devant les plots de contact correspondants du circuit hybride intégré et soudés à ces derniers par un procédé à ultrasons ou de fusion de soudure Cependant, certaines pastilles à conducteurs incorporés, en particulier celles comportant plusieurs contacts, peuvent avoir des contacts dont la largeur est inférieure à 50 avec une séparation -entre les contacts inférieure a 50M Par ailleurs, une largeur de plot de contact et une séparation entre contacts de 250/U- environ est souvent la limite que l'on puisse atteindre par des procédés -commercialement réalisables de fabrication de pellicules épaisses .En cônséquence, il est difficile et quelquefois peu pratique de monter des pastilles semiconductrices ayant un grand nombre de contacts, sur le substrat à pellicule épaisse De plus, les liaisons et les régions actives résultantes de la pastille ne sont généralement pas visibles une fois que la pastille a été soudée au substrat du circuit intégré sauf par des techniques optiques utilisant les infrarouges, ou analogues Lorsqu'on relie une pastille semiconductrice par les techniques décrites précédemment, une quantité précise d'énergie de liaison est souvent nécessaire . Par exemple, l'application d'une énergie de liaison insuffisante peut entraner de mauvaises connexions ou même un circuit ouvert .D'autre part, une énergie de liaison excessive peut provoquer une déformation du contact, ce qui peut entraîner la formation de jeux indésirables entre la pastille et le substrat . Par conséquent, après qu'une pastille a été soudée à un circuit intégré, des essais électriques sont généralement réalisés pour contrôler qu'une interconnexion convenable a été réalisée Si on trouve une pastille ou une connexion défectueuse, la pellicule épaisse hybride entière peut être mise au rebut L'enlèvement de la pastille du circuit hybride peut être fastidieux et agir défavorablement sur le circuit intégré .Par conséquent, il peut être moins coûteux de mettre au rebut le circuit hybride intégré tout entier que d'essayer d'enlever la pastille défectueuse Suivant l'invention, une pastille semiconductrice à conducteurs incorporés, ayant des contacts sous forme de saillies, est liée à une pellicule stratifiée comportant des conducteurs avec des plots de contacts obtenus par un décapage précis . Les contacts de la pastille semiconductrice sont présentés en regard des plots de contact correspondants du stratifié et sont soudés à ces derniers .L'ensemble forme par le stratifié et la pastille semi-conductrice peut être e-asuite lié au substrat d'un circuit hybride intégré à pellicule épaisse D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple et dans lequel les Fig. 1 à 3 représentent les phases de fabrication d'un dispositif perfectionné suivant l'invention ; la Fig. 4 est une vue en coupe d'un dispositif semiconducteur perfectionné réalisé suivant l'invention la Ffg. 5 est une vue partielle en plan d'un dispositif semiconducteur perfectionné suivant l'invention incorporé à un circuit hybride intégré à pellicule épaisse La Fig. 4 représente un dispositif semiconducteur qui convient pour être monté dans un circuit hybride intégré .Le dispositif comprend un stratifié comportant un élément de support 10 tel qu'une pellicule de matière plastique comportant plusieurs conducteurs de cuivre 12 espacés les uns des autres . L'élément de support qui est réalisé en une matière plastique du type poly imide, a une épaisseur de l'ordre de 75# . Les conducteurs de cui- vre, -qui sont liés par collage sur l'élément de support, ont une épaisseur de l'ordre de 58W . Les conducteurs 12 s'étendent généralement chacun vers le centre de l'élément 10 à partir du voisinage de sa périphérie . Chaque conducteur 12 comporte une région en pointe 14 dont la partie d'extrémité joue le rôle de plot de contact disposé dans une région centrale de ltél.ément 10 .Les parties d'extrémité définissent ensemble avec précision une zone destinée à recevoir une pastille semiconductrice . Les parties d'extrémité de chaque région en pointe 14 ont une largeur de l'ordre de 75yu et sont séparées les unes des autres d'une dis tance de 75/uenviron Une pastille semiconductrice 16, comportant plusieurs contacts métalliques ayant la forme de saillies en argent 18 recouvertes d'or est liée par soudage au stratifié . Chaque contact 18 ayant la forme d'une saillie coopère avec une partie d'extrémité correspondante d'un conducteur de cuivre 12, de sorte que la pastille semiconductrice est maintenue écartée du stratifié d'environ 125 > J . La zone de coopération avec les plots de chaque contact en forme de saillie a une surface de l'ordre de 75 x 75wu. Le revêtement proteeteur de matériau réfractaire protégeant ordinairement les régions actives et entourant les contacts d'une pastille semiconductrice de ce type, a été omis pour plus de clarté . La Fig. 5 montre l'ensemble de la pastille semiconductrice et du stratifié, liés à un substrat en céramique 19 et faisant partie d'un circuit intégré hybride à pellicule épaisse .Le circuit intégré comporte plusieurs conducteurs 20, dont certains assurent la connexion à des composants de circuits formés sur le substrat Des conducteurs 20 choisis sont disposés en regard de conducteurs 12 correspondants du stratifié et sont liés par soudure à ce dernier . Le circuit hybride intégré n1 est représenté que partiellement pour plus de clarté . Le dispositif semiconducteur peut être essayé avant d'être lié au substrat en céramique 19 .Par conséquent, si la pastille semiconductrîce est liée dune façon défectueuse sur le stratifié, elle peut être mise au rebut avant même d'être montée sur le circuit à pellicule épaisse La Fig. 1 montre une phase initiale de la fabrication du dispositif . L'élément de support 10 ayant la forme d'une pellicule de matière plastique est d'abord revêtu d'une couche de cuivre 22 de 8k d'épaisseur environ en utilisant des techniques d'adhésion classiques et bien connues . Comme représenté à la Fig. 2 la couche de cuivre est ensuite revêtue d'une couche de matériau de réserve photographique 24 .Un masque présentant le réseau de conducteurs désiré est ensuite placé sur le matériau de réserve photographique, ledit masque étant un négatif de ceui utilisé pour définir le réseau de contact de la pastille semiconductrice . Le matériau de réserve photographique est ensuite exposé à un rayonnement infrarouge de la manière classique Le réseau de conducteurs désiré est ensuite défini avec précision par décapage en utilisant un des décapants classiques du cuivre tel que par exemple une solution de chlorure ferrique .D'autres conducteurs métalliques, tels que l'argentJltor ou un alliage approprié de ces métaux, peut être utilisé mais un conducteur de cuivre est préférable pour ce mode de réalisation Le réseau de conducteurs ayant été formé sur le stratifié, les régions en pointe 14 du réseau, à l'exception des parties d'extrémite, sont revêtues de l'une des solutions d'arret de soudure classiques . Le stratifié est ensuite plongé dans un bain de soudure ayant une composition de l'ordre de 95 % d'étain et de 5 a' argent . Par conséquent, seules les parties d'extrémité des régions en pointe des conducteurs sont pourvues de soudure Les contacts 18 en forme de saillie de la pastille semiconductrice 16 sont ensuite placés en regard avec les plots de contact correspondants du stratifié .Le dispositif est ensuite chauffé à une température de l'ordre de 2500C à 2700C environ . La composition de soudure étain-argent fond, et les contacts en forme de saillie sont ainsi liés aux plots de contact correspondants du stratifié Les contacts en forme de saillie de la pastille semiconductrice peuvent être en une substance métallique soudable quelconque telle que le cuivre. l'aluminium ou analogue . Cependant, une saillie en argent revêtue d'or est préférable pour ce mode de réalisation Bien que l'élément de support soit décrit ici comme étant en une matière plastique du type polyimide, d'autres matériaux isolants peuvent être utilisés; par exemple une substance de fibres de verre, une résine phénolique durcie, une résine époxy ou aux silicones, peut être utilisée .Suivant une variante, un stratifié de matière plastique, qui peut comprendre une des résines durcies précédentes et du verre, du tissu ou papier en feuilles peut être utilisée Bien qu'un nombre relativement faible de conducteurs soit représentés sur le stratifié du mode de réalisation décrit ici, il est bien entendu que ce nombre n1 est pas limité . Par exemple, plusieurs conducteurs séparés ayant chacun une largeur de 12,5 et étant séparés d'une distance de 12,5/U environ, peuvent être fabriqués sur un tel stratifié en utilisant le procédé décrit ci-dessus .Le stratifié peut fairekartie d'une bande continue de matériau ayant la forme d'une pellicule et plusieurs réseaux de conducteurs peuvent être fabriqués simultanément ; le stratifié peut être ensuite pourvu de trous de repérage Du d'alignement avant le décapage des parties extérieures au réseau, de préférence au voisinage des côtés longitudinaux de la bande . Par conséquent, les tronçons individuels de stratifiés seraient séparés de la bande continue, essayés et utilisés suivant les besoins L'ensemble du stratifié et de la pastille semiconductrice est ensuite lié au substrat du circuit intégré, la pastille étant adjacente au substrat .Chaque conducteur 12 est di disposé en regard avec les conducteurs 20 correspondants du substrat 19 et lié par soudure à ces derniers, la soudure de chaque conducteur 12 sauf sur la région en pointe 14, étant fondue tandis que le stratifié est maintenu fermement contre le substrat . La liaison résultante formée par les conducteurs 20 du substrat en regard des conducteurs revetus de soudure du stratifié est suffisamment épaisse pour assurer une bonne connexion . Une épaisseur de liaison d'au moins 125t est suffisante pour le mode de réalisation décrit ici D'autres moyens de montage de l'ensemble sur le circuit intégré peuvent être utilisés- . Par exemple, une ouverture de forme annulaire entourant la pastille semiconductrice peut être formée dans l'élément de support . L'ouverture peut être formée au moyen de l'un des décapants classiques qui décape l'élément de support, mais n'attaque pas le matériau conducteur . Par exemple, une solution d'acide fluorhydrique et d'acide sulfurique peut être utilisée . Le stratifié peut être ensuite monté sur le circuit intégré de manière que la pastille semiconductrice soit exposée . Cette portion des conducteurs se trouvant au-dessus de l'orifice annulaire peut être alignée avec les conducteurs corres pondants du substrat et liée à ces dernière REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un dispositif semiconducteur, caractérisé en ce qu'il consiste à revêtir un élement de support (10) ayant la forme d'une pellicule avec une couche de matériau conducteur (22) pour former un stratifié flexible, à former dans ledit stratifié un réseau de conducteurs comportant plusieurs conducteurs séparés (12) ayant chacun un plot de contact (14), à lier une pastille semiconductrice (16) à conducteurs incorporés, comportant plusieurs contacts (18) en forme de saillie sur ledit stratifié en faisant correspondre chacun desdits contacts (18) avec un plot de contact correspondant (14), à essayer ladite pastille semiconductrice lorsqu'elle est liée audit stratifié et à lier ledit stratifié au conducteur (20) d'un circuit intégré à pellicule épaisse 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit réseau de conducteurs est formé par décapage 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit stratifié est lié à un substrat (19) d'un circuit intégré comportant plusieurs conducteurs (20) et en ce qu'il consiste à faire correspondre chacun desdits conducteurs (12) séparés avec l'un desdits conducteurs (20) correspondant 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chacun des plots de contact est revetu de soudure, la soudure de chacun desdits plots de contact étant fondue pour lier chacun desdits contacts en forme de saillie avec un plot de contact différent