Brevet FR2492164A1 — publié le 19820416

-1- PROCEDE DE REALISATION SIMULTANEE DE LIAISONS ELECTRIQUES MULTIPLES, NOTAMMENT POUR LE RACCORDEMENT ELECTRIQUE D'UNE MICROPLAQUETTE DE SEMICONDUCTEURS La présente invention concerne un procédé de réali- sation simultanée de liaisons électriques multiples entre deux éléments, chacun portant des métallisations dites plages de contact, destinées à être reliées électriquement à celles de l'autre élément, agencées de façon telle que, lorsqu'on dispose dans une position déterminée les deux éléments en regard, en face de chaque plage de contact por- tée par un des éléments, se trouve la plage de l'autre élé- ment qui doit lui être connectée, procédé dans lequel on dépose sur chaque plage de contact d'au moins un des deux éléments une quantité déterminée d'une pâte conductrice de l'électricité. La présente invention s'applique dans l'industrie électronique au montage des semiconducteurs. D'une façon connue, le raccordement d'une microplaquette de semiconduc- teurs à un substrat de circuit hybride, ou à un peigne de conducteurs s'effectue en disposant la plaquette sur le substrat ou le peigne de façon à ce que leurs plages de contact soient face à face, et en interposant entre chaque plage de contact de la plaquette et celle correspondante du substrat ou du peigne, une quantité déterminée de pâte conductrice adhésive, généralement une résine époxyde char- gée de particules d'argent ou d'or, après quoi on polymérise ladite pâte, par exemple par chauffage. Un tel procédé est connu par le brevet anglais 1.525.148 qui décrit une méthode de connexion électrique d'un circuit intégré sur un substrat au moyen d'un point de colle conductrice sur chaque plage de contact du circuit intégré. Dans la description de ce brevet, il est précisé que, dans le cas de plages de contact en aluminium, il convient -2- d'éliminer préalablement, au moins partiellement, l'oxyde d'aluminium présent sur lesdites plages. Comme justement les plages les plus couramment em- ployées sont en aluminium, ce problème est particulièrement gênant. On constate qu'au bout d'une certaine durée de sto- ckage, ledit oxyde que l'on avait éliminé se reforme, sans doute parce que, soit la colle n'est pas étanche, soit elle est elle-même oxydante, soit les deux à la fois. Bien enten- entendu, cela entraîne une coupure de la connexion et une panne. Pour éviter cet inconvénient, on est donc amené à traiter les plages de contact en aluminium, en une ou plu- sieurs opérations chimiques, physico-chimiques ou électro- chimiques de façon à déposer sur les plages un métal ou un alliage compatible avec la colle conductrice, ce qui fait perdre en grande partie le bénéfice de la méthode de raccor- dement, par les déchets que cela entraîne ainsi que par le coût des opérations proprement dites. Le procédé selon l'invention permet d'assurer une qualité excellente et durable des contacts entre une pâte conductrice et des plages d'aluminium, et ne nécessite pas de préparation pour éliminer préalablement l'oxyde d'alumi- nium. L'idée sur laquelle repose l'invention est de réali- ser, après polymérisation normale de la pâte conductrice, un alliage entre les particules conductrices contenues dans ladite pâte devenue dure, et la surface de la plage de contact, au moyen de l'application simultanée d'une pression mécanique et d'une élévation de température. La température à laquelle est amenée ladite pâte conductrice polymérisée amène un certain ramollissement de cette dernière, et la pression appliquée entraîne la formation de la liaison élec- trique par un phénomène analogue à celui de la thermocom- pression. Le procédé selon l'invention est notamment remarqua- ble en ce qu'on provoque d'abord la polymérisation de la pâte conductrice déposée, et qu'ensuite on comprime, entre -3- chaque plage de contact d'un élément et la plage corres- pondante de l'autre élément, ladite pâte conductrice poly- mérisée cependant qu'au moins un desdits éléments est chauffé. Dans une variante du procédé selon l'invention, la polymérisation de la pâte est provoquée après que les deux éléments ont été disposés en regard dans leur position relative définitive. Dans une autre variante du procédé selon l'inven- tion, la polymérisation de la pâte est provoquée avant de disposer les deux éléments en regard. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés décrivant des exemples non limitatifs, fera mieux comprendre la-mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La figure 1 représente une coupe d'un substrat muni de gouttes de pâte conductrice non polymérisée. La figure 2 représente la même coupe après polymé- risation à chaud de la pâte conductrice. La figure 3 représente une coupe d'un cristal semi- conducteur monté sur le substrat ci-dessus. Les trois figures décrivent dans l'ordre trois éta- pes successives du procédé. L'exemple décrit ici est celui du montage d'un cris- tal semiconducteur, par exemple un circuit intégré, sur un - substrat isolant de circuit hybride. Ce substrat isolant est en céramique et reçoit un dépôt d'or qui est photogravé pour réaliser des conducteurs. Bien entendu, ce dépôt d'or est réalisé sur des sous-couches d'accrochage, par exemple en nickel et en nickel-chrome, selon des techniques bien connues dans l'industrie des circuits hybrides. La figure 1 montre un tel substrat 1 avec deux métal- lisations dorées 2a et 2b formant les susdites plages de contact. Sur chacune de ces plages de contact 2a et 2b, on a déposé une quantité déterminée de pâte conductrice 3a et 3b. Comme pâte conductrice, la Demanderesse utilise avec succès la pâte connue sous la marque et la référence commerciale -4- EPOTEK H44 qui est une résine époxyde chargée de particules d'or. Dans une autre variante, on utilise une résine épo- xyde chargée de particules d'argent. La quantité déposée est déterminée expérimentalement de telle façon que la pâte qui, avant de durcir lors de la polymérisation à chaud, commence par devenir plus fluide et s'étale légèrement, forme ainsi une sorte de goutte ayant sensiblement la dimen- sion de la plage de contact. Le dépôt et le dosage de cette pâte s'effectuent avantageusement par sérigraphie sur une plaque comportant une pluralité de substrats séparables ultérieurement. Le pochoir de sérigraphie est constitué d'une feuille métallique mince, d'épaisseur sensiblement égale à 20 micromètres, dans laquelle sont photogravés des trous carrés d'environ 80 x 80 micromètres de côté. Cette feuille est collée sous l'écran d'une machine classique de sérigraphie pour circuits hybrides. La figure 2 montre, dans une première variante du procédé selon l'invention, le même substrat 1 que ci-dessus, après que la pâte conductrice ait été polymérisée. Dans le cas de la pâte citée plus haut, la polymérisation s'effec- tue à 150 C pendant une heure. Comme on l'a expliqué ci- dessus, la pâte 3a ou 3b s'est un peu étalée et arrondie, et est maintenant durcie. La figure 3 montre toujours le même substrat 1 et ses métallisations 2a et 2b. Mais l'ensemble du substrat étant chauffé à 170 C -: 5 CD on applique sur les gouttes polymérisées 3a et Sb les métallisations, respective-ment 5a et 5b, d'un cristal semiconducteur 4, puis on exerce une pression appliquant les métallisations 5a et 5b contre les gouttes polymérisées 3a et 3b, pression maintenue pendant 2 à 3 secondes et sensiblement égale à!00 grammes par plage de contact, lorsque lesdites plages ont une dimension de x 100 micromètres, cependant que la pipette (non repré- sentée) qui sert classiquement à manutentionner, positionner et presser le cristal 4, est chauffée à 400 C + 5 C. On utilise de préférence une pipette à bout plat de façon à pouvoir appuyer sur le cristal sans le casser. Il se produit -5- alors un écrasement des gouttes conductrices 3a et 3b qui assure tout à la fois la fixation et les liaisons électri- ques entre le cristal 4 et le substrat 1, par un phénomène analogue à celui de la thermocompression. Le procédé qui vient d'être décrit est donc essen- tiellement caractérisé en ce qu'on provoque d'abord la polymérisation de la pâte conductrice déposée 3a, 3b, et qu'ensuite on comprime, entre chaque plage de contact 2a, 2b d'un élément et la plage correspondante 5a, 5b de l'autre élément, ladite pâte conductrice polymérisée cependant qu' au moins un des éléments 1, 4 est chauffé, et en ce que la polymérisation de la pâte 3a, 3b est provoquée avant de disposer les deux éléments 1, 4 en regard. Dans une autre variante du procédé, le cristal 4 est appliqué en regard du substrat 1 muni de pâte conductrice 3a, 3b non encore polymérisée. Puis on provoque la pôlymé- risation, les éléments 1, 4 étant alors disposés en regard dans leur position relative définitive. Cette polymérisation est réalisée dans les conditions classiques, par exemple pendant une heure à 150 C dans le cas de la pâte conduc- trice citée plus haut. Après cette polymérisation classique, on élève encore la température du substrat à 170 + 50 C et on appuie sur le cristal avec une pipette chauffante dans les mêmes condi- - tions de chaleur et de pression que ci-dessus. Dans l'exemple décrit, les plages 5a, 5b du cristal 4 sont en aluminium, celles 2a, 2b du substrat sont en or et la colle est chargée à l'or, mais il est évident que le pro- cédé s'applique à des assemblages réalisés avec n'importe quels autres métaux sans sortir du cadre de l'invention. On emploie par exemple les métaux suivants, ou des alliages de certains d'entre eux: cuivre, nickel, chrome, titane, ger- manium, silicium, molybdène, cobalt, étain, cadmium, argent, platine, palladium. Dans les conditions décrites ci-dessus, avec un cris- tal de circuit intégré de type pA 741 comportant 7 plages de contact de 100 x 100 micromètres, on réalise le montage avec -6- une pression de 700 à 800 g et l'assemblage réalisé garde ses qualités après un test d'endurance de 1 000 heures à C. -7- - REVENDICATIONS - 1. Procédé de réalisation simultanée de liaisons électriques multiples entre deux éléments (1, 4), chacun portant des métallisations dites plages de contact (2a, 2b, a, 5b), destinées à être reliées électriquement à celles de l'autre élément, agencées de façon telle que, lorsqu'on dispose dans une position déterminée les deux éléments en regard, en face de chaque plage de contact portée par un des éléments, se trouve la plage de l'autre élément qui doit lui être connectée, procédé dans lequel on dépose sur cha- que plage de contact d'au moins un des deux éléments une quantité déterminée d'une pâte conductrice de l'électricité (3a, 3b), caractérisé en ce qu'on provoque d'abord la poly- mérisation de la pate conductrice déposée, et qu'ensuite on comprime, entre chaque plage de contact d'un élément (2a, 2b) et la plage correspondante de l'autre élément (5a, 5b) ladite pâte conductrice polymérisée cependant qu'au moins un des éléments (1, 4) est chauffé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite polymérisation de ladite pâte (3a, 3b) est provoquée avant de disposer les deux éléments en regard. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite polymérisation de ladite pâte (3a, 3b) est provoquée après que les deux éléments ont été disposés en regard dans leur position relative définitive. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisé en ce que les plages de contact (2a, 2b, a, 5b) d'au moins un des deux éléments sont en un métal choisi dans la liste suivante: aluminium, cuivre, nickel, or, titane, germanium, silicium, molybdène, chrome, cobalt, étain, cadmium, argent, platine, palladium, alliages argent- palladium, argent-platine, cobalt-étain, cobalt-nickel, or-cuivre-cadmium, or-argent, titane-or, or-germanium. 2492 1 64 5. Procadé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite pète conductrice (3a, 3b) est une résine époxyde chargée de particules d'ar- gent. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite pâte conductrice (3à, 3b) est une résine époxyde chargée de particules d'or.-