Brevet FR2309979A1 — publié le 19761126

La présente invention a trait à un dispositif semicondutur du type compre nant un substrat semiconducteur portant ou contenant des éléments de circuit inté- gré, et des fils électriques liés aux points de liaison du dispositif. L'invention concerne en particulier un dispositif semiconducteur du type spécifié dont les connexions de fils electrlaues sont protegées pour résister # à l'humidité et aux chocs, L'encapsuloge d'un dispositif semiconducteur dans une matiere plastique offre une protection plus économique contre les chocs que les méthodes anterleu- res consistant à noyer le dispositif dans un élément métalJique, mais cet encapsuloge présente l'inconvénient de permettre à l'humidité de pénétrer dans la matière plastique ou de s'infIltrer le long de I'interface entre la matière plastique et les fils électriques externes connectes ou dispositif Par suite, les connexions des fils peuvent se corroder sous l'effet de l'hunidité, rendant peu fiables les dispo- sitifs utilisant un métal peu coûteux mais corrodable (aluminium) pour les conne- xions. La presente invention concerne un dispositif semiconducteur comportant un substrat semidonducteur portant ou contenant des éléments de circuit intégré et des fils électriques liés aux points de liaison incorporés au dispositif, carac- térisé en ce que chaque point de liaison est protégé par une couche de bioxyde de silicium couvrant au moins la zone de liaison et une partie immédiatement adjacente du fil correspondant, et par un écran de matière plastique couvrant ou enfermont ladite couche de protection. Un dispositif conforme au paragraphe immédIatement précédent présente l'avantage d'offrir une protection contre l'humidité et les chocs dans un dispositif encapsulé relativement économique et l'on a constaté au'un isolement et une prow tection efficaces peuvent etre réalisés dons une forme préférée du dispositif en utilisant des fils d'aluminium connectés aux points de liaison comportant des pattes de liaison en aluminium. On comprendra que l'on peut réaliser une économie considérable dons les catit de fabrication en utilisant l'aluminium tant pour les fils que pour les pattes de liaison, à la place de J'or ou d'autres métaux coûteux résistant à la corrosion. Des realisations de l'invention seront décrites dans ce qui suit à titre d'exemple avec référence aux dessins Joints dans lesquels Fig. 1 est un agrandissement, vu en coupe, d'une microplaquette de circuit intégré comportant les couches protectrices de bioxyde de silicium ; Fig. 2 est une vue similaire illustrant une modification de la microplaquette représentée figure 1 Fig. 3 est un agrandissement, vu en coupe, d'une réalisation de l'inven- tion dans laquelle la microplaquette représentee figure 2 est enfermée dans un - écran en plastique Fig. 4 est une vue similaire d'une seconde réalisation de l'invention-illustrant une modification de IJécran en plastique ; et Fig. 5 illustre une troisième réalisation de l'invention comportant cinq microplaquettes de circuit intégré, Les figures 1 Z: 5 sont dessinées à des échelles variables afin de faire ressortir les éléments dont l'épaisseur est relativement faible tels que les couches de bioxyde de silicium. Comme on peut le voir figure 1, une microplaquette de circuit intégré compo te un substrat de silicium 111 avec une zone source 112 et une zone d'utilisation 113. Une couche d'oxyde 115 recouvre une partie de la zone source 112 et une couche d'oxyde 116 recouvre une partie de la zone d'utilisation 113. Une couche d'oxyde 117 recouvre une partie de la zone source 112 et de la zone d'utilisation 113. Une couche d'aluminium 119 recouvre la couche d'oxyde 117 et la couche d'oxyde 115 et se trouve connectée électriquement Z: la zone source 112. Une partie de la couche d'aluminium 119 constitue une patte de liaison 122. Une couche d'aluminium 114 est connectée àla zone d'utilisation 113 et couvre une partie de la couche d'oxyde 116. Une patte de liaison en aluminium 120 est montée sur la couche d'oxyde 116.Une couche de bioxyde de silicium dopée par passivation 121 recouvre tous les éléments de circuit sus-mentionnés à l'exception de la patte de liaison 120 et la patte de liaison 122 qui constitue une partie de la couche d'alumi- nium 119, la couche de passivation 121 servant à protéger ces éléments de circuit contre l'humidité et les autres impuretés se trouvant dans l'atmosphère et à stabiliser les caractéristiques électriques du dispositif. Un fil de connexion en alu- minium 131 est relie à la patte de liaison en aluminium 120 et un fil de connexion en aluminium 132 est lié à la patte de liaison en aluminium 122 ; un autre fil de connexion en aluminium (non représenté) est lié à la couche 114.Une couche non dopée de bioxyde de silicium 133 enferme la patte de liaison en aluminium 120 ainsi que le fil d'aluminium 131. De mimez une couche 134 de bioxyde de silicium non dopée enferme la patte de liaison en aluminium 120 et le fil d'aluminium 132. Comme on peut le voir maintenant sur la figure 2, les éléments correspondants aux éléments de la série 100 représentée figure 1 sont indiqués par des tuner ras de référence correspondants de la série 200. Dans cette variante du dispositif représenté figure 1 , une couche non dopée de bioxyde de silicium 240 est placée sur la totalité du substrat de silicium 211 et les éléments de circuit qu'Il porte et qu'il contient. Bien que le dispositif représenté figure I soit légèrement moins motteux à fabriquer, celui représenté figure 2 offre une résistance mécanique légèrement supérieure et confère-une résistance supplémentaire à la corrosion pour la totalité du substrat de silicium 211. Comme on peut le voir figure 3, les éléments correspondant aux éléments de la série 260 représentée figure 2, sont indiqués par les numéros de référence correspondants de la série 300. Un cadre portant les fils electriques comporte trois parties 350, 351 et 352. Ces parties sont formées à partir d'une feuille me- tallique unique pour constituer un cadre de façon classique et bien connue dans la technique. D'autres parties, telles que la partie connexion 353 (représentée en pointillés) complètent le- cadre. La partie 353 est connectée à une partie extérieure du cadre qui est coupée au cours de lsopération de fabrication finale.Une micro plaquette de circuit intégré 310 telle que celle représentée figure 2 est fixée de façon rigide à la partie du cadre 350. Une extrémité d'un fil d'aluminium 331 est soudée par ultra-sons à une patte de liaison en aluminium désignée globalement par la référence 320 sur la matrice 310, l'autre extrémité du fil 331 étant soudée par ultra-sons à la partie du cadre 351. De mime, une extrémité d'un fil d'alu minium 332 est soudée par ultra-sons à une patte de liaison en aluminium désignée globalement par la référence 322 sur la matrice 310, l'autre extrémité du fil 332 étant soudée par ultra-sons à la partie du cadre 352. Une couche de bioxyde de silicium 340 couvre la matrice 310, les fils 331 et 332, et les extrémités des par ties du cadre 351 et 352 adjacentes à leur jonction avec ces fils.La totalité de la structure décrite jusqu'ici est encapsulée dans un bloc en plastique 360 constitué par une opération de trempage ou de moulage destinée à créer un écran anti-chocs enveloppant pour réaliser led ispositif conformément à la présente invention. Comme on peut le voir figure 4, les éléments qui correspondent à ceux de la série 300 représentée figure 3 sont désignés par des numéros de référence cor respondants de la série 40011 Une microplaquette de circuit intégré 410 est fixée de façon rigide sur la partie du cadre 450. Les parties du cadre 451 et 452 sont connectées respectivement aux pattes de liaison 420 et 422 par les fils 431 et 432. Comme dans la réalisation de l'invention illustrée figure 3, une couche de bioxyde de silicium couvre les jonctions des fils avec les pattes de liaison et les parties du cadre, et couvre la microplaquette 410 et sa partie de montage sur le cadre 450. Un écran anti-chocs, désigné par la référence 460, est constitue d'une par tie supérieure en plastique 471 et d'une partie inférieure en plastique 472. Des couches adhésives 473 et 475 lient la partie du cadre 451 aux parties supérieure et inférieure 471 et 472, et de mimez les couches adhésives 474 et 476 lient la partie du cadre 452 aux parties supérieure et inférieure 471 et 472. Après l'ase semblage de la structure décrite conforme à la présente invention, la partie conne xions du cadre des fils est coupée, les parties 451 et 452 constituant les conduits électriques externes. La microplaquette 410 et sa partie de cadre 450 sont maintenues en place par les parties du cadre des fils( non représentées) qui partent de la partie 450 et pénètrent dans le logement en plastique 460 de façon connue. Les figures 3 et 4 illustrent l'application de l'invention à une seule microplaquette. Toutefois, on admettra que plusieurs microplaquettes à revêtement d'oxyde pourraient etre montées #à l'intérieur d'un même écran en plastique. Ceci est représenté figure 5, où une plaque de circuit 500 de construction classique porte cinq microplaquettes de circuit intégré 501 à 505 qui sont fixées de façon rigide. Une série de fils d'aluminium 511 à 518 est fixée entre les pattes de liaison en aluminium de la microplaquette 501 et des conduits électriques (non représentés) sur la plaque de circuit 500. De même, une serie de fils d'aluminium relie les pattes de liaison de chacune des microplaquettes 502 à 505 à des conduits électriques (non représentés) de la plaque de circuit 500. La totalité des surfaces supérieures des microplaquettes 501 à 505 est couverte d'une couche de bioxyde de silicium qui couvre tous les fils et particulièrement toutes les Jonctions entre les fils et les pattes dskiaison et entre les fils et les conduits éJectriques de la plaque de circuit.Un couvercle 520 en matière plastique est alors appliaud sur la plaque à circuit 500 pour constituer un écran anti-chocs et anti-rayures protégeant les microplaquettes et les fils. Pour démontrer la capacité de résistance à l'humidité de la couche d'oxyde des dispositifs décrits al-dessus, cinq groupes de microplaquettes de circuit Intégré du type représenté figure 1 ont été fabriqués. Le premier groupe comportait des fils de connexion soudés par ultra-sons aux pattes de liaison correspondantes représentées figure 1 malus aucune couche ni revêtement n'était appliqué aux Jonctions dés pattes de liaison et des fils de connexion. Les quatre autres groupes comportaient des couches de bioxyde de silicium appliquées aux Jonctions des pattes de liaison et des fils de connexion de la façon suivante: 1-. 0,17 micron de bioxyde de silicium non dopé. 2. 1 micron de bioxyde de silicium non dopé. 3. 0,2 micron de bioxyde de solicium dopé à 3% de phosphore. 4. 1 micron de bioxyde de silicium dopé à 3% de phosphore. Ces cinq groupes de dispositifs ont été utilisés dans une atmosphère de 850 C avec une humidité relative de 85% et ont été soumis à un examen à intervalles de 4, 8, 16, 32, 64, 128 256, et 512 heures, les résultats étant ceux donnés ci-apres: Première oxydation Première coupure visible (heures) électrique (heures) Aucun revêtement 4 10 SiO2 de 0,2 micron 32 64 SiO2 de 1 micron 512 256 5102 dopé de 0,2 micron 32 32 SiO2 dopé de 1 micron 256 256 Il ressort de ces tests que les circuits à pattes exposées (absence de revê- tement) n'ont pas survécu à une ambiance de 85 C et à une humidité relative de 85% pendant plus de 10 heures et dans certains cas ont survécu pendant une durée nettement inférieure. Les circuits comportant un revêtement S102 dopé ont résisté beaucoup plus longtemps. Sur les quatre constructions de revttement différentes qui ont été testées, le SiO2 non dopé de 1 micron semble être le meilleur, car méme après 512 heures de test, on trouve peu de/traces de corrosion comme l'ind;- que la figure 1. Les meilleurs résultats ont ensuite été obtenus avec un 5102 dopé au phosphore de 1 micron pour lequel une corrosion est apparue à 256 heures. Les revêtements moins épais ont offert une protection moindre, le Si02 dopé au phosphore étant le plus mauvais. Toutefois, m & e le 5102 dopé avec une couche mince de phosphore a été nettement supérieur aux circuits ne comportant aucun revêtement. On constate que les dispositifs décrits ci-dessus dans lesquels les points de liaison sont protégés à la fois par un revêtement de bioxyde de silicium et un écran de matière plastique offrent une résistance extremement bonne à la corrosion et aux autres détériorations tout en étant économiques à fabriquer. REVENDICATIONS 1. Dispositif semi-conducteur comprenant un substrat semi-conducteur portant ou contenant des éléments de circuit intégré, et des fils électriques liés à des points de liaison incorporés au dispositif, caractérisé en ce que chaque point de liaison (322, 320 figure 3) est protégé-par une couche de bioxyde de silicium (340) couvrant au moins le point de liaison et une partie immédiatement adjacente du fil correspondant (331, 332), et par un écran de matière plastique (360) couvrant ou enfermant ladite couche de protection. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits fils éleo triques sont constitués d'aluminium et lesdits points de liaison sont constitues par des pattes de liaison en aluminium. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de circuit intégré sont recouverts par une couche de bioxyde de silicium dopée par passivation (221 figure 2) qui ne recouvre pas lesdits points de liaison (222, 220). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, coractérisé en ce que ladite couche de protection est constituée de bioxyde de silicium non dopé, 5. Dispositif selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que ladite couche de protection couvre ladite couche de passivation. 6. Dispositif selon Ilune quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit substrat semiconducteur est une microplaquette de silicium. 7. Dispositif selon Ilune quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit écran est un bloc de matière plastique (360 figure 3) constitué autour du substrat semiconducteur portant ladite couche de protection. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit écran est une coquille creuse (471, 472, figure 4) qui est scellée autour du substrat semiconducteur portant ladite couche de protection. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, curactérisé en ce que ledit substrat semiconducteur portant ladite couche de protection appartient à un ensemble de substrats montés sur un support (500 figure 5) qui est couvert par un couvercle en plastique '(520) constituant ledit écran.