Brevet FR2138325A1 — publié le 19730105

La présente invention concerne un procédé de fabrication-de dispositifs ssemiconducteurs, et plus particulibrtment la formation dtinterconnexions électri- ques pour ces dispositifs. Une technique pour réaliser des interconnexions électriques entre des pattes de connexion sur une plaquette de circuits intégrés, et les conducteurs externes de ltempaquetage final, consiste à souder des conducteurs en fils minuscules n,ui s'étendent entre les conducteurs externes et les pattes de connexion, comme cella est représente sur la figure la du brevet des Etats Unis d'Amdrique nO 3 405 224. Ceci nécessite un alignement séparé de chaque fil conducteur à la patte de connexion, et, de plus, au conducteur externe. Un tel processus prend du temps et accrott fortement le prix de revient du dispositif final. Une variante de la technique de soudure des fils consiste à former des conducteurs en forme de poutre sur chaque plaquette,conducteurs qui dépassent audessus du bord. Ces conducteurs en forme de poutre sont très rigides et facilement détériorables. En formant ces conducteurs en forme de poutre, matériau semiconducteur sur la plaquette totale doit généralement être gravé selon un diagramme approprié pour entourer complètement chaque pastille afin de former les conducteurs en forme de poutre recouvrant celle-ci. Ce processus engendre un grand gaspillage de matériau et limite fortement le nombre de pastilles qui peuvent etre formées sur chaque plaquette, en augmentant ainsi le prix de revient de la fabrication. De plus, il est difficile de séparer les pastilles par traçage à la pointe.La manière la plus appropriée pour monter les pastilles, consiste généralement dans un montage "planaire"; la pastille est montée de telle sorte que les conducteurs en forme de poutre sont au fond et recouvrent directement les conducteurs externes. bilheureusement, dans ce type de processus de montage la pastille est isolée de 11 empaquetage, et le conducteur en forme de poutre, lui-mSme, doit etre utilisé pour transporter la chaleur de 1 1empaquetage. On voit ainsi que les dispositifs montés de cette manière ont très peu de dissipation thermique.Si on ne souhaite pas utiliser le montage "planaire" pour les conducteurs en forme de poutre, ces conducteurs devraient être beaucoup plus longs, et en faisant ainsi, le nombre des pastilles formées sur une plaquette devrait être réduit, tout en entraînant un plus grand gaspillage de matériaux. La présente invention a pour objet de proposer un procédé perfectionné de fabrication de dispositifs semiconducteurs. La présente invention a encore pour objet de proposer des procédés perfectionnés de fabrication d'interconnexions électriques entre des pattes de connexion sur des pastilles de circuits intégrés et les conducteurs externes du dispositif. La présente invention a encore pour objet de proposer un dispositif semiconducteur perfectionné ayant des conducteurs d'interconnexions électriques entre les pattes de connexion et les conducteurs externes du dispositif. Selon l'invention, il est proposé un procédé de fabrication d'un-dispositif semiconducteur, caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes - on forme des pattes de connexion sur une pastille semiconductrice, les pattes étant montées au voisinage de la périphérie de la pastille - on forme une pluralité de conducteurs métalliques souples couplés à chacune des pattes et s'étendant vers l'intérieur de la pastille, à la suite de quoi, seulement la portion des conducteurs recouvrant les pattes adhère à la pastille. Selon une caractéristique de l'invention, le procédé de fabrication d'un dispositif semiconducteur comporte, de plus, les opérations suivantes - on place la pastille au voisinage d'une pluralité de fils conducteurs - on soumet la surface de la pastille à un flux de matériau, afin d'étaler en éventail chacun des conducteurs métalliques souples - on aligne chacun des conducteurs métalliques souples avec chacun des fils conducteurs - on soude chacun des conducteurs métalliques souples à chacun des fils conducteurs - on encapsule le dispositif.;; Selon une autre caractéristique de l'invention, il est proposé un dispositif semiconducteur, caractérisé en ce qutil comporte - des pattes de connexion sur une surface d'une pastille,adjacentes à la périphérie de la pastille, les pattes étant couplées aux régions désignées de la pastille - une pluralité de conducteurs métalliques souples fixés -à chacune des pattes seulement la portion de ces conducteurs recouvrant les pattes adhère à la pastille. Selon une autre caractéristique de l'invention, le conducteur souple s'détend vers l'intérieur de la pastille. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les portions restantes des conducteurs métalliques souples dll dispositif semiconducteur sont repliées sur les pattes de connexion et s'étendent vers ltextérieur de la pastille, de manière coudée. D'vautres caractéristiquen de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-dessous. Bien entendu la description et le dessin ne sont donnés qutà titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. la figure I représente les pattes de connexion d'une pastille semiconductrice exposées à travers des ouvertures ménagées dans une couche phtorésistante, selon l'invention. La figure 2 est une coupe transversale de la figure 1, faite selon la ligne X - Xt. La figure 3 représente les conducteurs souples, en forme de doigts, formés sur la pastille, selon l'invention. Ta figure 4 est une vue en coupe transversale de la figure 3, selon la ligne y - yt. La figure 5 est une variante de ralisation de la figure 1, montrant jn dia- gramme photorésistant dcflnissant les pattes de connexion. La figure 6a est une vue en coupe transversale de la figure , faite selcn la ligne A - A'. Tas figures 6b, se et 6d illustrent les opérations de formation des conducteurs souples en forme de doigts formés sur la pastille, selon l'invention. ra figure 7 représente une variante de realisation des conducteurs souples, en forme de doigts, formés sur la pastille, selon l'invention. La figure 8 est une vue en coupe transversale de la figure 7, faite selon la ligne B - B'. Ta figure 9 montre l'alignement des conducteurs souples, avec les conducteurs externes. La figure 10 est une vue de dessus du dispositif final encapsulé, selon l'invention. La présente invention est facilement adaptable pour toute pastille semiconductrice qui peut être placée dans ces types d'empaquetage qu'il soient métnlli- ques, plastiques, céramiques ou autres. On doit comprendre que le description suivante de l'invention, est faite à titre d'exemple, et ne limite n aucune manière la portée de l'invention. D'une manière générale, une plaquette semiconductrice, par exemple en silicium, peut comporter une grande quantité de pastilles de circuits intégrés monolithiques. Comme cela est représenté sur la figure chaque pastille 1 peut comporter tout composant ou toute configuration de circuits formés dedans, et en même temps, avoir des bornes conductrices ou des pattes de connexion 3, formées dessus, partir desquelles on peut établir une connexion externe. Selon un exemple de procédé de fabrication selon l'invention, un première opération du procédé consiste à former un diagramme photorésistant @ s::r la surface de la pastille semicond'-ctrice, afin dp définir et d'exposer le nombre requis de portions conductrices. le nombre de ces portions peut varier d'un composant à l'autre et, dans l'exemple considéré, la pastille semiconductrice convient qua- torze pattes de connexion, à partir desquelles quatorze conducteurs metal liques souples peuvent être connectes. e diagramme photorésistant peut, naturellement, être établi selon les techniques photolithographiques bien connues, utilisant un matériau photorésistant, tel sue le matériau photorésistant à film mince de cadmium de kodak appelé KTFR. C'est un matériau phot résistant négatif, c'est-à-dire un matériau photorésistant qui subit une polymérisation dans les zones exposées à la lumière ultraviolette. Les zones polymérisées sont résistantes à une solution .révélatrice particulière, tandis que les zones non exposées y sont solubles. Le résultat final est que es zones qui n'ont pas été irradiées sont enlevées au cours du traitement révélateur. Te matériau photorésistant peut être déposé en faisant tourner la plaquette à l.9O t/m pendant environ 12 secondes, ce qui engendre une épaisseur de matériau photoréristant de l'ordre de un micron.La couche photorésistante 2 est ensuite exposée à la lumiere ultraviolette, à travers une plaque photo maltresse appropriée afin de polymériser les portions choisies de la coach. Apyres avoir été exposées, les portions non polymérisées de la couche résistante 2 sont enlevées en pulvérisant la couche avec un solvant appelé Stoddard, et en rinçant ensuite dans de l'acétate N-Butyl, de telle sorte que la surface de la pastille semiconductrice est exposée pour définir des pattes de connexion sur ladite pastille. L'opération suivante du procédé consiste à déposer une couche métallique sur la surface totale de la plaquette, afin de recouvrir la couche photorésistante et les pattes de connexicnexposées 3. Cette couche métallique 4, comne cela est représenté sur la figure 2, peut avoir une épaisseur recouvrant la couche photorésistante 2 d'environ 12 microns, et peut être en tout matériau approprié tel que l'aluminium, le palladium, le nickel, 1 'or et le cuivre. Le métal peut être déposé par pulvérisation, évaporation sous vide, ou tout autre procédé de dépôt connu. Les conducteurs métalliques en forme de doigts 5 sont ensuite formés en enlevant le métal non souhaité, par exemple l'aluminium, en utilisant les techniques photo Lithographiques classiques pour exposer l'aluminium au décapage et en appliquant ensuite un décapant de l'aluminium tel que l'hydroxyde de sodium, pour enlever l'aluminium non souhaité, en laissant ainsi les conducteurs métalliques 5. Ensuite le matériau photorésistant recouvrant le conducteur métallique et la couche photorésistante restante 2 sont enlevés,y compris les portions de couche photorésistante 9 sous-jacentes aux conducteurs métalliques 5.L'enlèvement du matériau photorésistant peut être réalisé en immergeant la plaquette dans une solution comprenant : un produit appelé J-lnO par Indus-Ri-Chel Taboratory lhc , du xylène, est du trichloroéthylène. CeciXsuivi par une pulvérisation avec de l'alcool isopropylique puis un séchage de la plaquette traitée. t1aintenant! étant donné que tout le matériau photorésistant est enlevé,- le conducteur métalliqlle souple 5. tel que cela est représenté sur la figure 4, repose sur la surface de la plaquette 1. toutefois, seulement la partie du conducteur métallique 5, ?ui recouvre la patte de connexion adhère réellement à la plaquette et la portion restante du conducteur n'adhère pas à la surface de la plaquette. Des dimensions typiques d'un tel conducteur métallique, peuvent eAtre de 0,013mm d'épaisseur, O;)mm de largeur à la patte de connexion et 0,05mm de largeur pour la portion du conducteur qui est la plus loin de la patte de connexion. Le conducteur est généralement souple et peut avoir une longueur totale d'environ 0,5mu. La séquence alternante suivant ltopération de fabrication peut également être effectuée afin d'obtenir les conducteurs métalliques élastiques et souples souhaités sur la pastille. Un diagramme photorésistant est tout d'abord formé sur la surface de chaque pastille 6, comme cela est représenté sur la figure 5.Dans cet exemple particulier, seulement le matériau photorésistant 7 qui définit les bornes des pattes de connexion est laissé sur la surface de la pastille, comme cela est représenté sur la figure 6a. Ensuite, la surface totale de la plaquette est recouverte par une couche 8 de matériau non collant, comme cela est représenté sur 1. figure 6b, tel qu'une pulvérisation de silicone è partir d'ur. aérosol Pour une utilisation en température élevée, un matériau non collant tel que le nitrure de bore peut être pulvérisé sur la surface.Un autre matériau non collent qui peut etre pulvérisé sur la surface est le téflon. taintenanttle matériau photorésistant sous-jacent, le long de la portion sus-jacente du matériau non collant, est enlevé en utilisant un solvant convenable, comme cela est décrit précédemment ou bien en couvrant de cendres, dans une flamme de plasma d'oxygène, afin d'exposer les pattes de connexion 9, comme cela est représenté sur la figure fic, tandis qu'on laisse le matériau non collant 8 sur les portions restantes de la surface. Ensuite, la couche métallique, telle que l'aluminium est de nouveau déposée sur la surface totale de la plaquette pour former une couche métallique 10, comme cela est représenté sur la figure 6d. Ensuite, la couche métallique est gravée de manière appropriée, comme cela est décrit précédemment, pour former les conducteurs élastiques métalliques 11, comme cela est représenté sur la figure 7. Ces conducteurs métalliques collent de nouveau seulement à la surface de la pastille aux pattes de connexion, et la portion restante des conducteurs métalliques recouvrant la couche 8 de matériau non collant peut être aisément décollée de la surface du matériau non collant, comme cela est représenté sur la figure 8. Maintenant, les pastilles semiconductrices peuvent oestre séparées l'une de l'autre, par traçage à la pointe de la surface de la plaquette, en utilisant les techniques de traçage bien connues. Chaque pastille, qui peut avoir une dimension typique de l,3mm sur l,mm,peut maintenant être soulevée soit manuellement, soit automatiquement et placée pdur l'assemblage final de l'opération d'emnaquetage. Des mandrins sous vide peuvent être utilisés pour placer la pastille individuelle sur un substrat composé de verre, ou de plastique, ou de métal, ou de céramique (Al0). Ce substrat peut servir de moitié de fond pour la fermeture du composant. Un cadre métallique ayant le nombre approprié de eonduetellrs métalliques externes l (comme cela est représenté sur la figure ) peut être placé avec soin sur le substrat 13 qui, dans cet exemple, est en verre.Maintenant, le meAme mandrin qui plaçait la pastille 1 sur la surface du substrat 13, peut etre utilisé pour insuffler un Jet de gaz extérieur (air) ou de liquide provenant des mandrins sur la surface de la pastille,ce qui engendre un évasement des conducteurs 11 en forme Fde levier sur le bord de la pastille avec des portions de conducteurs non adhk- rantes repliées dessus et recouvrant les pattes afin qu'elles puissent etre ali gnées correctement avec les conducteurs externes 12. fl.aintennant, ce mandrin peut avoir un manchon externe qui peut descendre sur la pastille et souder chaque doigt élastique ll a chaque conducteur lv simultanément, en une opération.Naturellement, les conducteurs elastiques peuvent également Autre connectés individuellement aux conducteurs, automatiquement ou manuellement, en utilisant les techniques connues de soudage ultrasonique ou bien de thermocompression. Finalement, un couvercle en verre 14, qui s'adapte au substrat en verre 13, peut être placé sur le composant électronique et être en contact avec la périphérie extérieure de la surface du verre. Les moitiés supérieure et inférieure du couvercle de verre sont ensuite fondues ensemble et scellées dès l'application des conditions choisies de tempé rature et de pression, selon les techniques bien connues pour eneapsuler les com posants, comme cela est décrit dans le brevet des états Unis d'Amérique nO 3 405 224.Le cadre métallique maintenant ensemble les conducteurs individuels 12 peut ensuite êt.re séparé des conducteurs afin que chaque conducteur s'étende vers l'extérieur à partir de l'empaquetage final, comme cela est représenté sur la figure 10. Un avantage d'ur.e telle technique repose sur le fait que les conducteurs métalliques élastiques peuvent être très larges pour réaliser une connexion à inductance accrue, afin d'augmenter la réponse totale en fréquence du dispositif. Un autre avantage repose sur le fait que l'interconnexion entre les conducteurs métalliques élastiques et les conducteurs externes peut être faite simultanément en une opération avec seulement un alignement. Dans des dispositifs à haute puis sance, les conducteurs métalliques peuvent être en cuivre, afin d'accroître les capacités de transport et de dissipation thermique des conducteurs. Entant donné que chaque dispositif peut être séparé de la plaquette par de simples techniques de traçage, on nta pas le grand gaspillage en matériau de silicium qui accompagnait la formation des conducteurs en forme de poutre, et, en conséquence, ces procédés permettent de former un nombre de pastilles individuelles sur la plaquette plus grand que dans le cas de dispositifs à conducteurs en forme de poutre. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec un exemple particulier de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé de fabrication d'un dispositif semiconducteur, caractérisé en ce outil comporte les opérations suivantes - on forme des pattes de connexion sur une pastille smironductrice, les pattes étant établies au voisinage de la périphérie de la pastille - on forme une pluralité de conducteurs metalliques souples, couplés à chacune des pattes et s'étendant vers l'intérieur de la pastille, à la suite de quoi seulement la portion des eondueteurs qui recouvre les pattes adhére r la pastille. 2. Procédé de fabrication d'un dispositif semicondueteur sel on la revendication 1, caractérisé en ce que les pattes de connexion sont formées en appliquant une couche de matériau photorésistant sur la surface de la pastille, et en enlevant les portions de ce matériau photorésistant afin d'exposer certaines zones de la pastille, et afin de définir les pattes de connexion. 3. Procédé de fabrication d'un dispositif semiconducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que - les conducteurs métalliques sont formés en déposant une couche métallique sur le matériau photorésistant et sur les pattes de connexion expcsées, et en enlevant une portion de la couche métallique afin de définir les conducteurs métalliques s'étendant vers le centre de la pastille - la portion de couche métra ligue est enlevée par gravure sélective afin de définir les conducteurs métalliques. 4. Procédé de fabrication d'un dispositif semiconducteur, selon la revendication 2, caractérisé en ce que, de plus, on enlève la portion restante de la couche photorésistante afin que les portions sus-jacentes des conducteurs métalliques reposent d'une manière non soudée, sur la surface de la pastille. 5. Procédé de fabrication d'un dispositif semiconducteur, selon la revendication 1, caractérisé en ce que - les pattes de connexion sont définies en appliquant une couche de matériau photorésistant sur la surface de la pastille, et en enlevant tout le matériau photorésistant sauf les portions qui définissent les pattes de connexion ; - on applique un matériau non adhérent sur la surface de la pastille ; - on enlève le matériau photorésistant restant et la portion de matériau non adhérent recouvrant le matériau pactorésistant afin d'exposer les pattes de connexion - on oppose une couche riétallique sur ]e matériau non adhérent et les nattes de connexion exposées - on enlève une portion de la couche métallique afin de définir les conducteurs métalliques. 6. Procédé de fabrication d'un dispositif semicondueteur, selon la revendication 5, caractérisé en ce que le matériau non adhérent est appliqué sur la surface de la pastille par pulvérisation de silicone sur la surface de la plaquette, ou bien par pulvérisation d'une substance choisie parmi le groupe comprenant du téflon et du nitrure de bore. 7. Procédé de fabrication d'un dispositif semiconducteur, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les conducteurs métalliques sont choisis parmi un groupe comprenant le palladium, le nickel, l'ors le cuivre et l'aluminium. 8. Procédé de fabrication d'un dispositif semiconducteur, selon la revendicati on I, caractérisé en ce qu' il comporte, en outre, les opérations suivantes: - on place la pastille au voisinage d'une pluralité de fils conducteurs - on soumet la surface de la pastille à un jet de matériau, afin d'étaler en éventail chacun des conducteurs métalliques souples ; - on aligne chacun des conducteurs métalliques souples avec chacun des fils conducteurs ; - on soude chacun des conducteurs métalliques souples à chacun des fils conducteurs ; - on encapsule le dispositif ; - le jet de matériau est composé d'un jet de gaz, par exemple de l'air ou de liquide. 9. Dispositif semiconducteur, caractérisé en ce qutil comporte - des pattes de connexion sur une surface d'une pastille, situées au voisinage de la périphérie de la pastille, les pattes étant couplées à des régions désignées sur la pastille ; - une pluralité de conducteurs métalliques souples, fixés à chacune des pattes, seulement la portion des conducteurs recouvrant les pattes étant adhérente à la pastille. 10. Dispositif semiconducteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que - les conducteurs métalliques sont choisis parmi un groupe composé de palladium, de nickel, d'or, de cuivre et d'aluminium ; - les conducteurs s'étendent vers l'intérieur de la pastille les portions restantes des conducteurs métalliques sont repliées sur les pattes et s'étendent vers ltextérieur à partir de la pastille, d'une manière coudée ; - chacun des fils conducteurs est aligné et couplé avec chacun des conducteurs métalliques souples - il est prévu des moyens pour encapsuler le dispositif.