Brevet FR2456390A1 — publié le 19801205

La présente invention concerne les circuits hybrides, et plus particulièrement un nouveau type de grille de connexions des circuits intégrés utilisés dans les circuits hybrides. Les circuits hybrides sont le résultat de l'association, sur un support isolant rigide de petites dimensions, de circuits intégrés et de leurs composants discrets extérieurs non intégrés parce que non intégrables, tels que par exemple des capacités de valeurs relativement élevées. D'où l'appellation de circuits hybrides. Les circuits hybrides-sont donc à la technologie intégréec ce que les anciens circuits dits imprimés étaient à la technologie des composants discrets. Un intérêt technique et industriel des circuits hybrides -parmi d'autres- réside dans leurs petites dimensions, qui ne peuvent être maintenues ou améliorées que si les circuits intégrés utilisés ne sont pas eux mêmes montés dans des boitiers disproportionnés. Or, la diminution des dimensions des circuits hybrides, ou, ce qui revient au même, l'accroissement de leur densité, répond à un impératif technique et industriel très important, lui même lié à l'accroissement en complexité et en sophistication des systèmes électroniques, plus performants, mais qui deviendraient inexploitables si leurs dimensions n'étaient pas réduites en raison inverse de leur complexité. Deux solutions s'offrent pour accroître la compacité des circuits hybrides - soit utiliser des pastilles nues de circuits intégrés, mais alors se posent des problèmes de manipulation, de test et de soudure des pastilles sur le substrat du circuit hybride. De plus, des pastilles nues sur circuit hybride ne sont protégées que si le circuit hybride est lui même assez petit pour être encapsulé ; - soit diminuer les dimensions des boitiers d'encapsulation des circuits intégrés, couramment appelés par leur dénomination anglaise "chip carriers . En fait, dans les microboitiers existant, une surface non négligeable est perdue en raison des interconnexions souples entre la pastille et les connexions de sorties qui, elles, doivent être assez rigides pour être enfichées dans un connecteur, ou dans des trous pratiqués dans le substrat, et de plus assez épaisses pour être soudables par un procédé d'immersion ou à la vague. C'est cette ambiguité qui est résolue par la grille d'interconnexion et le boitier qui en est issu, selon l'invention, car cette grille est d'épaisseur et de flexibilité variables selon la fonction assurée par l'élément de grille considéré, les parties destinées à être soudées sur la pastille de circuit intégré étant amincies et souples, les parties destinées à servir de connexions externes étant plus épaisses et rigides. De façon plus précise, l'invention consiste en une grille d'encapsulation destinée au montage sous microboitier de circuits électroniques réalisés sur substrats monolithiques, caractérisée en ce que ses différentes parties constitutives, c'est à dire - la grille de connexions extérieures, rigide, constituant les connexions de sorties du boitier ; - la grille de répartition intermédiaire, rigide, - et la grille de connexions intérieures, flexible constituant l'interconnexion avec la pastille du circuit électronique, sont intégrées et solidaires, découpées dans un film métallique rigide, auquel une flexibilité est communiquée dans la région des interconnexions par amincissement, par attaque chimique. L'invention sera mieux comprise par la description qui suit, laquelle s'appuie sur les figures qui représentent - figure 1 : un exemple d'interconnexion classique par fils, selon l'art connu ; - figure 2 : un autre exemple d'interconnexion par film, selon l'art connu ; - figure 3 : l'interconnexion par film, vue en coupe ; - figure 4 : grille de connexion, selon l'invention, vue en plan ; - figure 5 : profil d'épaisseur de la grille d'interconnexion selon l'invention ; - figure 6 : l'interconnexion par grille, selon l'invention, vue en coupe ; - figure 7 : un boitier utilisant la grille d'interconnexion, selon l'invention, vue en coupe ; - figure 8 : un boitier selon l'invention, vu dans l'espace ; - figures 9a, b, c :différents types de boitiers selon l'invention, munis de radiateurs. La figure 1, donnée pour permettre la comparaison avec l'invention, représente l'interconnexion classique d'une pastille de circuit intégré, selon l'art connu. Sur une plate-forme 1 sont soudées, d'une part, la pastille de circuit intégré 2,, et d'autre part la grille de connexion 3, dont les extrémités constitueront ultérieurement les sorties du circuit. Bien que les connexions 3 apparaissent séparées sur la figure 1, elles font partie à ce stade du montage, d'un unique ruban métallique découpé en "araignée", et sont donc solidaires. Pour que les sorties soient cambrables et enfichables, les connexions 3 sont obligatoirement épaisses et rigides. Il est donc nécessaire, avec ce type de montage, d'apporter une interconnexion souple, au moyen de fils d'or ou d'aluminium 4, soudés sur les plots de connexion 5 sur la pastille, et sur les plots de connexion 6 sur la grille. Ce type d'interconnexion, très utilisé dans les circuits intégrés "classiques", consomme cependant une certaine surface, qui devient incompatible avec les microboitiers. De plus, même automatisé, ce type de montage est relativement lent, puisque chaque soudure doit être faite unitairement, sur un plot 5 puis sur un plot 6, car il est impossible de disposer plusieurs appareils de soudure de fils à l'aplomb d'une pastille, d'autant plus que le nombre réel de connexions varie entre 8 et 2 40, pourdes surfaces de pastilles variant de 2 20 mm en moyenne. La figure 2 représente un autre procédé d'interconnexion, par film, connu sous le nom de TAB : transfert automatique de bande. Dans le procédé TAB, les fils d'interconnexîon 4 de la figure 1 sont remplacés par des bandes métalliques, déposées sur un film en tous points comparable aux films utilisés en photographie. Pour faciliter la compréhension de la figure 2, le film TAB est supposé transparent, ce qui permet de reconnaitre -dessinés en pointillés- une pastille 2 de circuit intégré, dotée d'un certain nombre de plots de connexions 5, et une grille de connexions 3, chaque connexion de sortie étant dotée d'un plot 6. Ces mêmes repères désignent les mêmes objets que sur la figure 1, puisque ce sont les éléments de base d'un même problème. L'originalité du procédé TAB consiste à apporter toutes les interconnexions souples en une seule fois, et à les souder toutes simultanément sur les plots de connexions 5 et 6. Pour cela, un film organique 7 est métallisé sur une face, de telle façon que les bandes 8 y apparaissent soit' dès la métallisation, soit à la suite d'une attaque chimique, et forment ainsi une grille, ou "araignée". Les coordonnées de chaque extrémité de bande 8 correspondent aux coordonnées de chacun des plots 5 et 6 à relier, et le profil de chaque bande peut être soit linéaire, soit sinueux de façon à donner une certaine souplesse à l'interconnexion. Le film 7 est amené en colncidence avec la pastille 2 et avec la grille de connexion 3, la métallisation du film étant du côté de la pastille, et un outil de soudure vient comprimer la grille d'interconnexions 8 contre les plots 5 et 6, et, simultanément, y effectuer les soudures. La précision de l'opération est assurée par des perforations 9 sur les deux bords du film organique 7. La surface du fslm organique 7 qui supporte les bandes d'interconnexions 8 est - soit prédécoupée, mais dans ce cas les bandes 8 n'ont plus de support dans la région centrale de la grille, or elles n'ont que 35 microns d'épaisseur en moyenne ; - soit laissée sur place, après découpe, et constitue alors une sorte de couvercle par dessus la surface de la pastille et de la grille d'interconnexion. Le procédé d'interconnexion TAB présente sur le procédé classique par soudure de fils un avantage certain sur la rapidité de l'opération. Cependant, il nécessite une adaptation de la pastille, sur laquelle il faut impérativement faire croitre des plots de connexion 5 en relief, comme cela apparait sur la figure 3. L'absence de plots en-relief entraînerait trop de risques que la bande métallique 8 vienne court-circuiter quelques composants voisins d'un plot 5, puisque coplanaires. Cette exigence limite donc le procédé TAB à l'utilisation de pastilles de circuits intégrés, spécialement préparées pour cetype de montage ; de plus, cette préparation de plots en relief ne peut se faire que chez le fabricant de circuits intégrés, au niveau des rondelles, car il est trop tard pour le faire sur des pastilles découpées. La figure 3 représente la vue en coupe d'un circuit intégré monté d'après le procédé TAB Parce que les bandes d'interconnexions 8 sont fines - 35 microns en moyenne - et souples, il est nécessaire de partir d'une plate forme 1 sur laquelle la pastille 2 et la grille des connexions 3 sont préalablement fixées. La grille des interconnexions 8 est alors soudée sur les plots en relief 5 et sur les plots 6. La chaine pastille/grille d'interconnexions/grille de connexions consomme beaucoup de surface par rapport à la surface de la pastille nue, et complique les opérations industrielles de montage puisqu'il faut - monter la pastille et la grille de connexions sur une plate-forme ; - souder la grille d'interconnexions ; - surmouler pour achever l'encapsulation. Bien que les échelles de la figure 3 aient été adaptées pour rendre la figure plus lisible, il n'en reste pas moins qu'une pastille d'environ 3mm > de côté est ainsi encapsulée dans un boitier d'environ 2 cm de côté, ce qui n'est pas avantageux pour la compacité des circuits hybrides. La figure 4 représente la grille de connexion selon l'invention. L'une des caractéristiques de l'invention est d'intégrer dans une même grille ce qui dans les exemples cités constitue d'une part la grille de connexions, rigide, et la grille d'interconnexions, souple. Parmi les avantages, qui seront exposés ultérieurement, qui découlent de l'intégration des deux grilles en une seule, on peut citer - un gain de place considérable, car les dimensions ne sont plus limitées par la précision des outils de soudure sur les plots et par la nécessité de disposer d'une face d'appui de la grille de connexions extérieures sur la plate-forme ; - la simplification considérable de l'encapsulation. La grille de connexion selon l'invention, à la différence de la grille TAB, est constituée par un film entièrement métallique, par exemple en cuivre ou en maillechort - sans que ces métaux soient limitatifs -. Dans un film métallique 10, de 200 à 250 microns d'épaisseur en moyenne, est pratiquée la découpe soit par estampage, soit par attaque chimique, d'une grille comportant des bandes extérieures 11, prolongées par des bandes intermédiaires 12. Les bandes extérieures 11 sont rectilignes, et leurs extrémités alignées selon un carré ou un rectangle : ce sont elles qui constitueront ultérieurement les connexions de sorties du circuit encapsulé. Les bandes intermédiaires 12 ont des configurations variables : elles constituent le réseau de distribution ou de changement d'échelle, les distances entre plots de connexion sur la pastille 2 se comptant en microns, alors que les distances entre sorties d'un microboitier se comptent en millimètres - classiquement 1,016 ou 1,27 mm -. Les bandes intermédiaires 12 sont prolongées par des bandes internes 13, dont les extrémités libres sont alignées selon un périmètre plus petit que celui des plots de connexion sur la pastille 2, en sorte que les bandes 13 recouvrent ces plots lorsque la grille est placée sur la pastille. L'ensemble des bandes 13 constitue l'équivalent de la grille d'interconnexions souple. Les bandes internes 13 sont effectivement souples, car le métal est aminci, de 250 microns à 35 microns, dans la région centrale de la grille, par attaque chimique après un masquage approprié. La grille de connexion selon l'invention se monte sur la pastille de circuit intégré par une seule opération de soudure collective sur les plots de la pastille, la précision du-positionnement étant assurée par les perforations 14 dans la bande métallique 10. La figure 5 montre le profil d'épaisseurs de la grille de connexion selon l'invention. Elle permet de préciser un point important qui ne peut pas apparaitre sur la figure 4, celle-ci étant en plan. Au cours de l'amincissement par attaque chimique des bandes intérieures 13 de la grille,-sur une longueur repérée 15 sur la figure 5, les-bandes extérieures il et intermédiaires 12 sont protégées de l'attaque par une résine, dans la région repérée 16, mais également l'extrémité libre des bandes intérieures 13, qui sont protégées, dans leur région 17. Ainsi se forme S l'extrémité de la bande 13 un plot 18, qui. a conservé l'épaisseur initiale, de l'ordre de 250 microns, alors que la bande 13 a été amincie par ailleurs à 35 microns. Le plot 18 sert de plot de soudure, et remplace. le plot en relief sur la pastille. Ainsi, avec la grille de connexion selon l'invention, non seulement est économisée la réalisation de plots en relief sur les pastilles mais n importe quelle pastille peut être ainsi montée, sans préparation spéciale. La figure 6 représente une vue en coupe d'une grille soudée sur une pastille. Par opposition à un montage de l'art antérieur, celui de la figure 3 par exemple, qui comporte une pastille 2, une grille de connexion 3 et une grille souple d'interconnexion 8, avec deux séries de soudures sur les plots 5 et 6, le tout nécessitant une plate-forme a pour être manipulable, le montage selon l'invention ne comporte plus que 2 éléments au lieu de 4 : une pastille 2 et une grille intégrée Il + 12 + 13, ces deux éléments étant réunis par soudure sur les plots 18. Dans l'art antérieur, les grilles de connexions 3 sont livrées en ruban, relativement épais et lourds, et les grilles d'interconnexions 8, fines et fragiles, sont livrées sur des rubans en matière organique. Les deux-rubans n'étant pas solidaires l'un de l'autre, les soudures sur les plots 6 sont tout naturellement des points fragiles, prédisposés à un arrachage, ce qui nécessite une plate-forme pour donner une rigidité à l'ensemble du montage. Bien au contraire, dans le montage selon l'invention, c'est le même ruban métallique 10 qui porte la grille épaisse Il + 12 et la grille fine 13, qui sont donc solidaires par construction. L'ensemble est ainsi suffisamment rigide pour qu'une pastille de circuit intégré y soit soudée, sans le recours d'aucune plate-forme. De plus, l'intégration de la grille de connexions et de la grille d'interconnexion, en entrainant un gain en surface, entraine également comme autre conséquence le renforcement de la rigidité du montage. La figure 7 représente la vue en coupe d'un boitier utilisant la grille selon l'invention. La pastille semiconductrice 2, soudée sur la grille par les plots 18, est enrobée par moulage en une seule opération, au moyen d'une résine organique 19. Le moulage des boitiers se fait par une opération collective, sur une longueur de film comportant plusieurs pastilles soudées. Au cours de cette opération, le film 103 et notamment les bords comportant les perforations 14, a une fonction de support matériel et de moyen de manipulation. Après moulage, une découpe est effectuée autour de chaque boitier, dans le but de décourt-circuiter les connexions de sorties, et de séparer les boitiers. Bien que la résine 19 semble sur la figure 7 être séparée en deux parties situées de part et d'autre de la grille, il ne s'agit en fait que d'une seule pièce, qui passe à travers la grille. On retrouve sur cette figure la fonction de chacune des trois régions de la grille : les bandes 13 apportent la souplesse nécessaire à la soudure, les bandes 12 permettent le changement d'échelle entre la pastille, de l'ordre du millimètre, et le bord du boitier, de l'ordre du centimètre, et les bandes il qui constituent les connexions de sorties, après pliage. La pastille peut, lorsque cela s'avère nécessaire, être soudée sur un dissipateur de chaleur 20. Selon le cas, les connexions de sorties sont repliées sur les flancs du boitier vers l'une ou l'autre des faces princlpales du boitier. Si la pastille est soudée sur un dissipateur de chaleur 20, il est avantageux que les connexions de sortie soient repliées sur la face du boitier opposée à celle qui comporte le dissipateur, tel que cela est représenté en trait plein pour les connexions 11 sur la figure 7. Dans ce cas, un radiateur peut être lui-même soudé sur le dissipateur. Mais il se peut également que l'évacuation des calories se fasse du côté du substrat de circuit hybride, par exemple avec un substrat en tôle émaillée. il est alors avantageux que les connexions de sorties soient repliées du même côté que le dissipateur de chaleur #20, tel que cela est représenté en traits interrompus pour les connexions 21 sur la figure 7.Si la pastille 2 n'est pas soudée sur un dissipateur de chaleur, les connexions de sorties peuvent être repliées d'un côté ou de l'autre, selon il ou selon 21, selon l'avantage de l'un ou l'autre cas. La figure 8 représente une vue dans l'espace d'un boitier selon l t invention. Le boitier achevé se présente comme un parallélépipède 19, en résine, d'un seul tenant, ne présentant pas de joint, hors la la trace du joint entre les deux parties du moule. Les connexions sont repliées sur une face principale de ce parallélépipède1 et l'autre face principale comporte un repère 22 - souvent un petit trou - destiné à l'identification par numérotation des connexions de sorties. La figure 9a représente un boitier selon l'invention, dont la pastille est soudée sur un dissipateur de chaleur 20. Cette configuration correspond à une faible dissipation de calories. Les configurations des figures 9b et 9c correspondent à de plus fortes dissipations de calories. Le montage de la figure gb, avec un radiateur à air et les connexions repliées du #côté opposé au radiateur, est celui qui est adopté pour un montage du boitier sur substrat isolant thermique, du type circuit imprimé ou substrat céramique. Le montage de la figure 9c, avec connexions repliées du même côté que le radiateur, correspond à un montage du boitier sur substrat bon conducteur thermique, du type tôle émaillée. Ce genre de montage est également possible avec un boîtier tel que celui représenté en 9a, à la seule condition que les connexions de sorties soient repliées du même côté que le conducteur thermique 20. La grille de connexion et le boîtier d'encapsulation selon l'invention ont été décrits en s'appuyant sur le cas où l'élément actif à encapsuler est une pastille de circuit intégré. L'invention reste valable si l'élément actif est lui même un circuit hybride, comportant, sur un substrat, par exemple un circuit en couche épaisse. Il faut cependant considérer que l'invention est d'autant plus intéressante que le circuit est plus complexe, - jusque 100 connexions de sorties - et donc plus difficile d tester. En effet, c'est l'un des avantages de l'invention que de permettre - au moyen de deux opérations qui sont une soudure collective de tous les plots et un unique moulage de boitier - une grande simplification des opérations de test qui, sur pastilles nues, sont extrêmement délicates, longues et coûteuses. En outre, conséquence de la structure de la grille, la diminution de dimensions du boitier n'est pas négligeable. REVENDICATIONS 1. Grille d'encapsulation destinée au montage sous microboitier de circuits électroniques réalisés sur substrats monolithiques, caractérisée en ce que ses différentes parties constitutives, c'est à dire : - la grille de connexions extérieures (11), rigide, constituant les connexions de sorties du boitier ; - la grille de répartition intermédiaire (12), rigide - et la grille de connexions intérieures (13), flexible constituant l'interconnexion avec la pastille du circuit électronique, sont intégrées et -solidaires, découpées dans un film métallique (10) rigide, auquel une flexibilité est communiquée dans la région des interconnexions (13) par amincissement, par attaque chimique. 2. Grille d'encapsulation selon la revendication 13 caractérisée en ce que des plots en relief (18) sont réalisés par masquage des extrêmités libres des bandes de connexions intérieures (13) au cours de l'opération d'amincissement par attaque chimique des connexions intérieures.: 3. Grille d'encapsulation selon la revendication 2, caractérisée en ce que son association avec un circuit électronique, par soudure des plots en relief (18) de la grille sur les régions planes de prises de contact du circuit, constitue un ensemble rigide, directement moulable pour réalisation d'un microboitier. 4. Grille d'encapsulation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est réalisée dans un film métallique (10) comportant des trous d'indexage (î4), le film métallique ayant en outre une double fonction de positionnement de la grille, au cours de l'opération de soudure sur le circuit électronique, et de manipulation de l'ensemble grille soudée sur le circuit électronique, au cours de l'opération de moulage des microboitiers. 5. Microboitier de circuit électronique caractérisé en ce qu'il comporte une grille d'encapsulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4. 6. Microboitier de circuit électronique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit électronique est soudé sur un dissipateur thermique (20). 7. Microboitier de circuit électronique selon la revendication 6, caractérisé en ce que les connexions extérieures (11) sont repliées deux fois, sur une face principale du microboitier, du même côté que le dissipateur thermique (20). 8 Microboitier de circuit électronique selon la revendication 6, caractérisé en ce que les connexions extérieures ( sont repliées deux fois, sur une face principale du microboitier, du côté opposé à celui du dissipateur thermique (20). 9. Procédé d'encapsulation en microboitier de circuits électroniques, caractérisé en ce qu'il comporté les opérations suivantes - soudure d'une grille d'encapsulation, selon la revendication 1, directement sur un circuit électronique ; - encapsulation par moulage de l'ensemble formé par l'association grille/circuit.