Brevet FR2112466A1 — publié le 19720616

La présente invention se rapporte à la technique de fabrication des circuits semi-conducteurs intégrés et, plus particulièrement, à la technique des connexions des dits circuits. Le type des conducteurs de connexion, utilisés spécialement pour les 5 circuits intégrés et désignés habituellement par connexions "beam leads", est bien connu dans l'état de la technique. Selon cette technique la plaquette semi-conductrice, sur laquelle est réalisée par dépôt et diffusion le circuit intégré est connectée, au moyen de conducteurs épais et faisant saillie hors du bord de la plaquette, au 10 circuit extérieur, consistant par exemple en un support céramique supportant les conducteurs pour la connexion aux broches de connexion au bloc extérieur. Ces conducteurs, grâce à leur épaisseur relativement importante (par exemple entre 10 et 20 microns), offrent une résistance suffisante pour 15 assurer le positionnement rigide de la plaquette par rapport au support céramique et fournissent, en même temps, un moyen de connexion plus robuste et plus sûr que tes fils extrêmement minces utilisés dans les autres systèmes. Lors de la fabrication des dites connexions "beam leads" on se heurte 20 à de multiples difficultés et inconvénients. Par exemple on utilise généralement la méthode de croissance élec-trolytique pour obtenir des épaisseurs relativement importantes, car il serait trop difficile et trop coûteux de réaliser de telles épaisseurs par dépôt par vaporisation. 25 Cette circonstance limite le choix des matériaux destinés à ces "beam leads" aux métaux qui se prêtent à un dépôt électrolytique, tels que l'or, et exclut par exemple l'aluminium, lequel toutefois est généralement utilisé pour les connexions internes à la surface de fa plaquette. L'aluminium présente une excellente adhérence au silicium et au dioxyde de silicium, 30 il n'en modifie pas les caractéristiques physiques, ne forme pas de composés intermétalliques et assure un contact électrique optimum avec le silicium. Par contre l'or ne garantit pas une adhésivité mécanique suffisante avec le dioxyde de silicium. C'est pourquoi on préfère l'aluminium comme métal conducteur pour les connexions internes à la surface de la plaquette, l'or étant 35 utilisé pour connecter aux circuits externes les semelles d'aluminium disposées sur les bords de la plaquette. Toutefois l'or et l'aluminium, en présence du silicium, forment un composé intermétallique, appelé "peste purpurine" (purple plague), qui altère la continuité physique, électrique et mécanique de la connexion. Il 40 faut recourir à des expédients pour obvier à ces inconvénients. 71 39364 2 2132466 Les procédés et artifices nécessaires pour assurer l'adhésivité des conducteurs en or sur la couche de dioxyde de silicium qui recouvre généralement la plaquette semi-conductrice et pour permettre la liaison entre l'or et l'aluminium limitent notablement l'emploi et l'intérêt de cette méthode et 5 en augmente le coût. Un exemple de ces artifices employés lors de la fabrication des connexions "beam leads" à structure stratifiée comportant différents matériaux, est décrit dans le brevet américain n° 3 555 365, accordé le 1. 12.71, et cédé à la demanderesse de la présente demande de brevet. 10 II est en outre nécessaire que, pendant le dépôt, la plaquette ait des dimensions lui permettant de contenir entièrement les conducteurs "beam leads", et c'est seulement après leur fabrication que la partie périphérique de la plaquette est attaquée chimiquement de façon à permettre au "beam lead" de faire saillie hors de la plaquette. Cela nécessite des opérations 15 ultérieures et entrafhe un gaspillage de matériaux coûteux, ce qui influe notablement sur le caractère économique du procédé. L'objet de la présente invention est de fournir un procédé pour réaliser des connexions "beam leads" en aluminium qui peuvent être fixées directement et simultanément sur les semelles d'aluminium prévues à cet effet sur la 20 plaquette. Ceci garantit le positionnement correct sur cette plaquette et la constance de la disposition et de la forme des dites connexions pendant les différentes opérations nécessaires à la fabrication de ces conducteurs, pendant l'opération de liaison sur les semelles et, en cas de besoin, pendant Tes opérations de contrôle électrique. 25 Ce procédé consiste essentiellement à réaliser les conducteurs "beam leads" par photogravure à partir d'une feuille d'aluminium d'épaisseur convenable et à faire supporter les dits conducteurs par un substrat sous-jacent, constitué d'un matériau plastique photosensible, formant un film de résistance mécanique suffisante. Ensuite on découpe dans ce film un logement 30 pour insérer avec précision la plaquette semi-conductrice dans la position adéquate, dans laquelle ses semelles terminales coïncident avec les extrémités libres des connexions "beam leads" auxquelles elles peuvent être soudées simultanément, par exemple par ultra-sons. Les conducteurs "beam leads" peuvent être isolés entre eux et maintenus en place, grâce au film plastique 35 sous-jacent, pendant les opérations électriques de contrôle de la plaquette. Le film est enlevé seulement lorsque les extrémités extérieures des conducteurs "beam leads" ont été soudées aux conducteurs extérieurs disposés sur le support céramique environnant. Ces caractéristiques, ainsi que d'autres caractéristiques et avantage^ 40 apparaîtront dans la description détaillée d'une réalisation préférée, à 71 39364 3 2112466 i'aide des dessins annexés représentant : Fïg. 1 - Une vue partielle en perspective d'un circuit intégré connecté, au moyen de connexions "beam leads", à un support céramique ; Fig. 2 - Une vue en coupe, dans sa partie gauche et sa partie droite, de la 5 structure d'un film plastique photosensible, connu dans le commerce sous le nom de "Riston", et de la structure stratifiée d'une feuille métallique sur laquelle est appliquée le "Riston" dans une première étape du procédé ; Fig. 3 - Une vue en coupe de la structure stratifiée du matériau, à partir 10 duquel les conducteurs "beam leads" sont réalisés dans une seconde phase du procédé ; Fig. 4 - Une troisième phase du procédé consistant dans le masquage et l'exposition du matériau ; Fig. 5 - Une vue partielle en perspective du produit obtenu lors de la qua-15 trième phase du procédé ; Fig. 6 - Une vue partielle en perspective montrant le produit obtenu lors de la cinquième phase du procédé ; Fig. 7 - Un diagramme montrant schématiquement une réalisation du procédé de fabrication en continu ; 20 Fig. 8 - Une vue partielle en perspective du produit obtenu grâce à ce procédé de fabrication en continu. La figure 1 montre une plaquette de silicium 1 recouverte en partie d'une couche isolante de dioxyde de silicium 2. Sur cette plaquette est réalisé, selon des procédés connus, un circuit intégré (non représenté) contenu 25 dans l'aire 3, limitée par les lignes en traits interrompus. Les conducteurs d'entrée et de sortie du circuit intégré aboutissent à des semelles 4 et 5 en aluminium, disposées le long des bords de la plaquette. La figure montre cinq connexions "beam leads" 6 soudées aux semelles 5, sur le bord horizontal supérieur de la plaquette. Il est évident que d'autres conducteurs "beam 30 leads", non représentés pour des raisons de clarté, sont également soudés aux semelles 4. La référence 7 s'applique à un support, généralement en céramique, qui entoure la plaquette 1. Sur ce support ont été déposés des conducteurs 8, auxquels sont soudées les extrémités extérieures, plus grandes, des conducteurs "beam leads" 6, grâce à quoi, par exemple, est assuréela cor-35 nexion de ces derniers conducteurs aux broches de connexion au bloc extérieur contenant le circuit intégré ou à d'autres connexions "beam leads" appartenant à d'autres plaquettes montées sur le même support 7. Le procédé conforme à l'invention, destiné à réaliser la plaquette en silicium avec conducteurs "beam leads", soudés simultanément aux se-40 melles respectives et éventuellement déjà contrôlés électriquement de façon 71 39364 4 2112466 à être prêts pour être connectés au support extérieur, est basé sur l'emploi d'un film photosensible, de résistance mécanique relativement élevée et apte à fournir un support pour les conducteurs "beam leads". Un film plastique de ce type est commercialisé par la Compagnie 5 Dupont de Nemours, sous la marque "Riston". Comme représenté sur la partie gauche de la figure 2 il est constitué d'un film mince 1 0 en un matériau plastique solide photosensible, enserré entre deux films transparents, l'un en polyéthylène 12 et l'autre en polyester 13 (par exemple le produit connu sous la marque "Mylar"). Le film "Riston" 10 présente une remarquable résistance 10 mécanique, une élasticité suffisante pour adhérer à des surfaces planes ou légèrement incurvées et peut être "photopolymérisé" par exposition à la lumière, en modifiant ainsi ses caractéristiques. Une exposition sélective, au moyen de masques, modifie sélectivement le matériau photosensible qui peut être éliminé par des corrosifs adéquats dans 15 les zones non polymérisées, c'est-à-dire non exposées, tandis qu'il reste stable avec les caractér istiques mécaniques déjà indiquées dans les zones exposées, autrement dit polymérisées. Ainsi qu'avec d'autres substances photosensibles utilisées en photogravure et appelées "photoresists" le matériau restant peut être ensuite éliminé avec d'autres solvants adéquats ou 20 décapants. Il faut souligner que les matériaux plastiques photosensibles, tels que le "Riston", différent des "photoresists" habituels en ce qu'ils se présentent sous la forme solide et en ce qu'ils fournissent ainsi un support mécanique efficace pour des éléments minces et délicats qui lui adhèrent, tels que les "beam leads" par exemple. Conformément à l'invention les conducteurs 25 "beam leads" sont réalisés et appliqués aux plaquettes semi-conductrices selon le procédé ci-après : Après enlèvement du film polyéthylène 12 le film photosensible 10, recouvert par le film "mylar" 13, est appliqué sur la face inférieure d'une feuille ou d'un ruban en aluminium 11 ayant une épaisseur, par exemple, de 30 20 microns. On obtient ainsi la structure représentée sur le côté droit de la figure 2. Sur la face supérieure de la feuille d'aluminium on applique, selon des moyens connus, un vernis 14 photosensible, pouvant être, par exemple, du type positif. On obtient ainsi la structure représentée à la figure 3. 35 On applique alors sur la feuille ainsi préparée un masque photogra - phique 15, sur lequel est reproduite en zones opaques la configuration des conducteurs "beam leads", et l'on expose ensuite lé vernis photosensible, à travers le masque, à une source de rayonnement (16) adéquate (Fig. 4). Ensuite le "photoresist" est développé et fixé de façon à ce que reste sur la feuille 40 d'aluminium une couche protectrice représentant la même configuration que BAD ORIGINAL 71 39364 5 2112466 les conducteurs "beam leads", tandis que le reste du "photoresist" est enlevé. Au cours de la phase suivante la feuille d'aluminium est soumise à une attaque chimique, grâce à laquelle l'aluminium est éliminé des zones non protégées par le "photoresist". On obtient ainsi {Fig. 5), détachés de la 5 feuille d'aluminium, les conducteurs "beam leads", dans leur configuration exacte et dans leurs positions mutuelles requises, adhérant par leur face inférieure sur la couche de "Riston", demeurée intacte parce que protégée du rayonnement pendant l'exposition, grâce à la feuille draluminium. En outre pendant l'opération de développement sur la face supérieure la couche de 10 "Riston" n'a pas été modifiée, parce que protégée d'un côté par la feuille d'aluminium et de l'autre par le film de "Mylar". Il faut en outre souligner que les substances utilisées pour le développement de la face supérieure du "photoresist" peuvent être sélectionnées de telle sorte qu'elles n'aient aucun effet sur le "Riston". Il en va de même pour le décapant utilisé pour éliminer 15 l'aluminium dans les zones non protégées. La structure obtenue à cette phase du procédé est représentée à la figure 5. A ce stade le bain d'attaque chimique peut être suivi d'un bain dans des solvants adéquats, pour éliminer la couche de "photoresist" demeurant encore sur la face supérieure des conducteurs "beam leads". Ce bain, égale-20 ment, peut être choisi pour ne pas attaquer le "Riston" : par exemple l'acétone, qui est un décapant communément utilisé pour dissoudre les différents "photoresists" du marché, n'attaque pas le "Riston". Ensuite, après avoir - de préférence, mais non nécessairement — retiré la couche protectrice de Mylar de la face inférieure du "Riston", on expose celui-ci à une source de rayonne-25 ment, à travers un masque ; on procède ensuite au développement pour obtenir finalement une ouverture de taille et de forme convenables pour recevoir la plaquette, au-dessus de laquelle le conducteur "beam lead" fera saillie. La structure obtenue à cette phase du procédé est représentée à la figure 6. Les conducteurs "beam leads" sont isolés électriquement entre eux et mainte— 30 nus ensemble dans leurs positions respectives au moyen d'un cadre en "Riston" qui procure à l'ensemble la rigidité mécanique adéquate. On peut maintenant préparer une plaquette supportant un circuit intégré et la centrer dans l'ouverture, au-dessous des "beam leads" ou, dans certains cas, au-dessus de ceux-ci, de façon à ce que l'extrémité des dits 35 "beam leads" vienne se superposer exactement aux semelles de contact correspondantes sur la plaquette. Tous les "beam leads" peuvent donc être soudés simultanément aux semelles correspondantes par soudure aux ultra sons. Etant donné que les pièces destinées à être soudées ensemble sont 40 toutes deux en aluminium le résultat est absolument satisfaisant, comme le 71 39364 6 2112466 savent maintenant les experts dans cette branche, que ce soit du point de vue de la conductibilité électrique ou du point de vue de la solidité mécanique. Après le soudage la plaquette munie des "beam leads" est séparée du cadre en "Riston", soit par attaque chimique au moyen d'un solvant adéquat, 5 soit de préférence par poinçonnage mécanique au moyen d'un poinçon qui découpe les "beam leads" selon la longueur requise et assure leur façonnage dans le plan vertical selon ieSyegUjjer^ce^ pour permettre le logement de la plaquette dans des réceptacles/ou pour le soudage sur un support céramique muni d'un circuit électrique. 10 Le procédé décrit pour obtenir des plaquettes à circuit imprimé munies de conducteurs "beam leads" est donc particul ièrement simple et économique. Mais d'autres avantages peuvent également être mis en évidence: par exemple le fait que les "beam leads" sont électriquement isolés, et cela bien que maintenus et formant un ensemble grâce au "Riston", permet d'ef-15 fectuer des mesures électriques, statiques et dynamiques, pour le contrôle du fonctionnement et de la qualité du circuit et des points de soudure sans risques d'endommagement de l'assemblage, robuste mécaniquement, constitué par la plaquette et les conducteurs "beam leads". Pour améliorer sa rigidité et sa robustesse un cadre en aluminium peut être prévu, comme représenté 20 sur la figure 8. Après cette opération de contrôle, les plaquettes peuvent être sélectionnées et expédiées directement aux fins d'utilisation ou être mises en réserve pour une utilisation future. Le procédé se prête en outre à un processus de fabrication en continu 25 avec tous les avantages inhérents d'économie, de caractère "répétitif" et de fiabil ité. I Par exemple ta figure 7 représente schématiquement comment le procédé décrit peut être réalisé en continu et met en évidence le fait que l'ordre dans lequel les différentes étapes se succèdent peut être différent de celui 30 des étapes dans le procédé décrit, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Comme représenté sur la figure 7 le ruban d'aluminium 51 et le ruban de "Riston" 52 sont déroulés respectivement à partir des rouleaux d'alimentation 53 et 54. Le film de polyéthylène 55 est détaché du "Riston" au moyen 35 du rouleau 56, puis le "Riston" est réchauffé par l'élément chauffant 57 et appliqué par compression par les rouleaux 58 et 59 sur la face inférieure du ruban aluminium. La face supérieure de ce dernier est uniformément enduite de "photoresist" 62 en passant entre les rouleaux 60 et 61. Le ruban d'aluminium ainsi préparé est entrafhé selon un mouvement 40 incrémental, c'est-à-dire avec des pas d'avancement rapides alternant avec 71 39364 7 2112466 des périodes d'arrêt, à travers la station d'exposition 53. Cette dernière comprend le masque supérieur 64 et le masque inférieur 55, disposés avec précision l'un par rapport à l'autre, et les sources de rayonnement 66 et 67 commandées par intermittence. Après l'exposition le ruban est guidé vers une 5 cuve 68 de développement du "photoresist", une cuve 69 d'attaque chimique de l'aluminium et une cuve 70 contenant le solvant des restes de "photoresist". Enfin le film de Mylar 71 de protection du "Riston" est enlevé et le ruban d'aluminium, déjà "attaqué", ainsi que le film "Riston" exposé entrent dans la cuve à développement 72 du "Riston". A ce stade le ruban ainsi traité Î0 présente la structure reproduite à la figure 8 : le ruban d'aluminium continu comporte des ouvertures 80, à l'intérieur desquelles sont logés les "beam ieads" supportés par le film "Riston". Ce dernier présente également des ouvertures 82, sensiblement plus petites que celles du ruban aluminium, de telle façon qu'une portion adéquate des "beam leads" fait saillie au-dessus 15 de ces ouvertures. Si nécessaire on peut également prévoir, aussi bien sur le film "Riston" que sur le film en aluminium, des ouvertures 83 pour l'ai ignement. Le ruban ainsi préparé pénètre alors dans un poste de positionnement et de soudage 73, dans lequel les plaquettes de circuits intégrés sont soudées, dans la position correcte, aux "beam leads" (Fig. 7). 20 Après le poste de soudage 73 le ruban peut passer dans un poste de contrôle 74, où les plaquettes ainsi que les "beam leads" sont soumis à un contrôle. A la suite de ces tests les plaquettes peuvent être soit acceptées, soit rejetées. Les plaquettes rejetées peuvent être éliminées par poinçonnage dans un poste de sélection 75. 25 Le ruban continu comportant les plaquettes acceptées peut être ensuite dirigé sur un poste d'emballage, sur un magasin aux fins de stockage ou sur une chafne de montage, selon les exigences. BAD ORIGINAL 71 39364 8 2112466 REVENDICATIONS 1 - Procédé poun la réalisation de connexions "beam leads" pour circuits intégrés, comprenant les étapes suivantes : - application d'un film plastique photosensible sur une première face 5 d'une feuille métallique ; - application d'une couche de "photoresist" sur la face opposée de la feuille métallique ; - exposition du "photoresist" à une source de rayonnement, à travers un moyen de masquage approprié ; 0 - développement du "photoresist" en vue d'obtenir sur la dite feuille métallique des zones protégées reproduisant la configuration des connexions "beam leads" ; - attaque chimique de la feuille métallique pour en éliminer les zones non protégées ; 5 - exposition du film plastique photosensible à travers un masque adéquat, à une source de rayonnement ; - développement de ce film plastique, de façon à obtenir dans ce dernier film une ouverture correspondant aux dites connexions "beam leads". 2 - Procédé selon revendication 1, comportant en outre les étapes suivantes: - positionnement de la plaquette, munie des circuits intégrés, dans l'ouverture pratiquée dans le film plastique photosensible en correspondance avec les connexions "beam leads" ; - soudage simultané des connexions "beam lead" aux emplacements adéquats du circuit intégré se trouvant sur la plaquette semi-conductrice . 3 - Procédé selon revendication 2, comprenant en outre les étapes suivantes - contrôle électrique des points de soudage et de la qualité du circuit. 4 - Procédé continu pour réaliser des connexions "beam leads" pour une pluralité de circuits intégrés, comportant les étapes suivantes : - application d'un film plastique photosensible sur une première face d'un ruban métallique ; - application d'une couche de "photoresist" sur la face opposée du dit ruban métallique ; - avancement du ruban ainsi préparé jusqu'à un poste d'exposition ; - exposition, dans le dît poste, du "photoresist" à une source de rayon- 1 moment convenable à travers un masque approprié ; - exposition, dans le dit poste, du film plastique photosensible à une source de rayonnement convenable à travers un masque approprié ; - avancement du ruban exposé jusqu'à une cuve pour le développement du "photoresist" en vue d'obtenir des zones protégées reproduisant la Bad or,ginal ' 71 39364 9 2112466 configuration des connexions "beam leads" ; - attaque chimique du ruban métallique pour en éliminer les zones non protégées ; - avancement du ruban jusqu'à une cuve pour le développement du film 5 plastique photosensible en vue d'obtenir des ouvertures adéquates en correspondance avec les connexions "beam leads" ; - avancement du ruban jusqu'à un poste de soudage pour plaquettes à circuit imprimé et soudage des dites plaquettes aux connexions "beam leads" ; 10 - avancement du ruban jusqu'à un poste de contrôle pour le contrôle des circuits intégrés ; - avancement du ruban jusqu'à un poste de sélection des circuits intégrés et sélection de ces derniers.