Brevet FR2518813A1 — publié le 19830624

SUPPORT D'INTERCONNEXION D'UN BOITIER DE CIRCUIT INTEGRE SUR UN CIRCUIT IMPRIME ET SYSTEME D'INTERCONNEXION UTILISANT UN TEL SUPPORT La présente invention concerne l'interconnexion des bottiers de circuit intégré du type connu sous l'appellation anglo-saxonne "chip- carrier" sur un circuit imprimé. Les puces constituant les circuits intégrés à grande échelle sont généralement mises dans des boîtiers comportant une embase en céramique revêtue de contacts électriques sérigraphiés auxquels les contacts de sortie de la puce sont reliés généralement par thermo-compression Ces boîtiers de circuit intégré sont généra- lement appelés dans la terminologie anglo-saxonne 1 'chip-carrier", terme qui sera utilisé dans toute la suite de la présente description. La céramique constituant ces chip-carriers possède un très faible coefficient de dilatation thermique et plus généralement une très bonne tenue en température qui justifie son utilisation dans ce type d'application Ces chip-carriers sont destinés à l'implantation sur des cartes de circuits imprimés multi-couches faisant eux- mêmes partis d'appareils électroniques Actuellement, l'intercon- nexion entre le chip-carrier et le circuit imprimé se fait soit par l'intermédiaire de connecteurs, soit par l'intermédiaire d'embases particulièrement adaptées Ces "chip-carriers" ne peuvent être bra- sés directement sur les circuits imprimés car ceux-ci possèdent un coefficient de dilatation thermique nettement plus élevé que celui de la céramique, ce qui provoque au cours des cycles thermiques subis par la carte imprimée, un arrachement au niveau des contacts d'interconnexion du chip-carrier et du circuit imprimé Il n'existe donc pas à l'heure actuelle de moyens simples et économiques permettant de relier un chip- carrier à un circuit imprimé sans risque d'arrachement au niveau des joints de brasure d'interconnexion entre les deux. Le support d'interconnexion selon l'invention permet de résou- dre simplement le problème posé Dans ce but, il est caractérisé en ce qu'il est constitué par un diélectrique souple ayant la forme d'une couronne percée d'une ouverture centrale et munie sur l'une de ses faces d'une première série de contacts électriques, chaque contact s'étendant sensiblement jusqu'au bord de l'ouverture centrale, et sur l'autre de ses faces d'une deuxième série de contacts, chacun d'entre eux étant relié à l'un des contacts de la première série, et disposé sensiblement à la périphérie de la couronne de manière à laisser une surface libre entre chaque contact de la deuxième série et le bord de l'ouverture En brasant respectivement le chip-carrier sur la première série de contacts et le circuit imprimé sur la deuxième série de contacts, on laisse ainsi un espace libre sous le chip-carrier, cet espace permettant au support d'interconnexion selon l'invention d'absorber les contraintes thermomécaniques engendrées par les différences de dilatation thermique entre le chip-carrier et le circuit imprimé et éviter ainsi l'arrachement des connexions élec- triques. Afin d'améliorer encore les résultats obtenus avec ce support d'interconnexion, celui-ci comportera de préférence une pluralité de fentes s'étendant de l'ouverture centrale sensiblement jusqu'à la deuxième série de contacts. L'invention concerne également un système d'interconnexion d'un chipcarrier sur un circuit imprimé utilisant un support tel que décrit cidessus Ce système est caractérisé en ce que l'on interpose entre le boîtier et le circuit imprimé ledit support, chaque contact de la première série étant relié à l'un des contacts du chip-carrier, tandis que chaque contact de la deuxième série est relié à l'un des contacts du circuit imprimé, la distance, dans une section perpen- diculaire à l'ensemble du système, entre les bords de l'ouverture (d 1) étant inférieure à celle entre les contacts opposés de la deuxième série (d 4) de manière à ménager un espace libre de largeur (d 5) entre le diélectrique souple ( 7) et le circuit imprimé ( 38) permettant ainsi d'absorber sans endommagement des contacts ( 2, 33, 35, 44) les' dilatations thermiques différentes du boîtier ( 36) et du circuit imprimé ( 38) Un tel système d'interconnexion permet en particulier d'augmenter considérablement la densité des chip-carriers sur le circuit imprimé En effet, le circuit imprimé est un circuit tout à fait habituel, et peut posséder des trous métallisés d'interconnexion entre les différentes couches disposées sous le chip-carrier De cette manière, on peut ainsi mettre côte à côte plusieurs chip- carriers sans être obligé de les séparer par des rangées de trous métallisés d'interconnexion. Par ailleurs, le système d'interconnexion selon l'invention est également remarquable en ce que le support d'interconnexion com- porte des moyens de positionnement qui coopèrent avec des moyens de positionnement complémentaires disposés sur le circuit, permet- tant la brasure simultanée du boîtier sur le support et du support sur le circuit. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de réalisation suivants, donnés à titre non limitatif, conjointement avec les figures qui représentent: la figure 1, une vue de dessus du support d'interconnexion selon l'invention, la figure 2, une vue de dessous du support d'interconnexion selon l'invention, la figure 3, une vue d'un système d'interconnexion selon l'invention, la figure 4, une variante de réalisation de la figure 3. Sur la figure 1, est représenté un support d'interconnexion ( 1) selon l'invention Ce support d'interconnexion a ici la forme d'un carré de côtés 50, 51, 52 et 53 Il est constitué par un diélectrique souple 7 qui possède une ouverture centrale 20 ayant elle-même la forme d'un carré de côtés 21, 22, 23 et 24 Des fentes 8, 9, 10 et il disposées sensiblement le long des diagonales de ce carré s'étendent depuis l'ouverture centrale 20 jusqu'à proximité de l'extrémité des 18813 contacts électriques 2 Ces fentes se terminent respectivement par des parties circulaires 12, 13, 14 et 15 évitant au support 1-de se déchirer en cas de déformation Le support l est revêtu sur sa face supérieure représentée -sur la figure I d'une pluralité de contacts électriques 2, ces contacts étant dans le cas de la présente figure au nombre de 16, c'est-à-dire quatre contacts le long de chaque bord de l'ouverture 20 Ces contacts électriques 2 comportent une partie 6 disposée à proximité du bord correspondant de l'ouverture 20, prolongée par une partie de plus faible largeur 5, se terminant par -une partie plus large 3, sensiblement de même largeur que celle de la partie 6 Cette partie 3 est disposée non loin du bord corres- pondant 51 du support l Elle comporte une partie 4 représentant un trou métallisé pour l'interconnexion de ce contact électrique 2 avec un contact électrique correspondant 33 (figure 2) Aux quatre coins du support, sont disposés quatre trous de centrage 16, 17, 18, 19 permettant de positionner correctement le support sur le circuit imprimé avant l'opération de brasure On a également représenté en pointillés sur cette figure le contour extérieur du chip-carrier, matérialisé par ses côtés 25, 26, 27 et 28 La largeur de l'ouverture carrée 20 est égale à dl, la distance entre deux contacts 2 en vis-à- vis l'un de l'autre est égale à d 2, la dimension extérieure-du chip- carrier est égale à d 3, tandis que la distance entre les parties arrières 3 des contacts 2, entre deux contacts en vis-à-vis, est égale à d 4 La distance séparant le bord de l'ouverture 20 et l'extrémité d'une rangée de contacts d'extrémité 3 est égale à d 5. Sur la figure 2, est représenté le verso du support illustré sur la figure 1, les mêmes éléments portant les mêmes références Une pluralité de contacts 33 formant une deuxième série de contacts électriques, est disposée sensiblement à la périphérie du support 1. Chacun de ces contacts 33 est relié via le trou métallisé 4 à l'un des contacts 2 de la face supérieure L'ensemble des trous métallisés 4 est sensiblement aligné avec les trous de positionnement tels que 16 et 17 disposés sur les bords du support 1 Ainsi qu'on peut le remarquer sur la figure 2, le verso du support 1 comporte donc une I$ partie de largeur d 5 entre l'extrémité des contacts tels que 33 et le bord correspondant de l'ouverture 20 est une zone sans contact électrique dans laquelle le diélectrique du support est mis à nu. La figure 3 permet de mieux comprendre l'utilisation du support d'interconnexion selon l'invention telle que représentée sur les figures l et 2 Sur cette figure 3, les mêmes éléments que ceux des figures précédentes portent les mêmes références Cette figure 3 représente une vue en coupe d'un chip-carrier 36 interconnecté à l'aide du support l à un circuit imprimé multi-couches 38, cette vue en coupe étant effectuée le long de l'axe AA des figures précé- dentes Les contacts extérieurs 35, par exemple sérigraphies, du chipcarrier 36 sont reliés par l'intermédiaire des plots de brasures 34 aux contacts électriques 2 Ceux-ci sont reliés par l'intermédiaire du trou métallisé 4 aux contacts électriques 33 situés au verso du support diélectrique 7 Ces contacts métallisés 33 sont eux-mêmes reliés par l'intermédiaire des plots de brasures aux contacts élec- triques tels que 39 et 44 du circuit imprimé multi-couches 38 Celui- ci possède une pluralité de couches conductrices, représentées par des traits hachurés sur la figure, séparées par des couches diélec- triques isolantes, lesdites couches conductrices étant reliées entre elles par l'intermédiaire de trous métallisés tels que 41, 43 et 45. L'interconnexion du chip-carrier 36 sur le circuit imprimé multi- couches 38 s'effectuant après la réalisation dudit circuit imprimé multicouches 38, celui-ci peut donc comporter des trous métallisés d'interconnexion tels que 41 et 43 situés sous ledit chip-carrier 36, c'est-à-dire à Pintérieur de la surface délimitée par les contacts électriques tels que 33 Ceci permet en particulier d'augmenter considérablement la densité des circuits du type chip-carrier sur les circuits imprimés puisque les interconnexions entre les contacts tels que 35 et les différentes couches métalliques du circuit imprimé multicouches s'effectuent à l'intérieur de cette surface délimitée par la distance d 4 Il est donc possible de juxtaposer ces systèmes sans laisser d'espace entre deux chip-carriers consécutifs -Une telle solution ne serait pas possible si le support d'interconnexion tel que représenté sur la figure avait été réalisé directement sur le circuit imprimé après réalisation de celui-ci (voir demande française N' 15 493) En effet, dans l'exemple décrit dans ce brevet, la présence de trous métallisés entre les contacts tels que 33 n'est pas possible compte tenu du fait que le contact électrique serait alors supprimé au cours de la réalisation du circuit. Le fonctionnement du système d'interconnexion selon l'inven- tion est aisé à comprendre d'après la figure 3 Le support d'intercon- nexion I est positionné sur le circuit imprimé multi-couches 38, par exemple en enfilant le support &interconnexion I sur des ergots (au moins deux) préalablement positionnés sur le circuit imprimé 38, à l'aide des trous de positionnement 16, 17, 18, 19 qui permettent de disposer exactement les contacts 33 au-dessus des contacts corres- pondants du circuit imprimé 38 (Il est à noter que le positionnement relatif du support d'interconnexion et du circuit imprimé peut également être réalisé en effectuant des protubérances ou défor- mations, de forme quelconque dans le support d'interconnexion lui- même Ces protubérances peuvent résulter par exemple, d'une déformation à chaud du support d'interconnexion ou d'un perçage avec déformation sur un côté du trou) Par ailleurs, le chip-carrier 36 est disposé sur le dessus du support d'interconnexion l L'en- semble des contacts électriques est alors brasé par exemple en phase vapeur en amenant la température de l'ensemble du système à la température de fusion de la brasure préalablement disposée aux endroits adéquats ( 34 et 37) C'est un avantage particulièrement important de l'invention que de permettre d'utiliser la même nature de brasure aux endroits 34 et 37, puisque la brasure du chip-carrier sur le support d'interconnexion 1 et la brasure de ce dernier sur le circuit imprimé 38 peuvent être réalisées simultanément, donc à la même température - Il est aisé de comprendre que le support 7 n'étant pas solidaire du circuit imprimé 38, un espace 20 existe entre le chip-carrier 36 et le circuit imprimé 38, ledit espace permettant la dilatation dans une large plage de température du circuit imprimé sans risque d'arrachement des brasures, notamment aux points 34 et 37. A titre non limitatif, et pour un chip-carrier de dimension d 3 égale à 7, 62 mm, on a réalisé un support l en film polyimide de microns d'épaisseur recouvert de contacts électriques 2 en cui- vre, dans lequel une ouverture centrale 20 de largeur d 1 égale à 4,5 mm avait été réalisée Les dimensions extérieures du support l étaient celles d'un carré de 14,5 mm de côté Les fentes diagonales telles que 8 avaient une longueur de l'ordre de 4 mm et se terminaient par une partie circulaire de 0,8 millimètre de diamètre. La distance d 4 entre les contacts 33 de la face inférieure était de l'ordre de Il mm, laissant ainsi une distance d 5 libre de contacts électriques d'une largeur de l'ordre de 3 mm Après avoir brasé simultanément en phase vapeur un chip-carrier, un support d'inter- connexion selon l'invention et une carte de circuit imprimé, on a fait subir à l'ensemble 500 cycles thermiques Au cours de chacun d'eux, l'ensemble est porté pendant 30 mn à 550 C puis pendant 30 mn à + 1250 C Le passage de 551 C à + 1251 C et vice-versa (transfert d'une étuve à l'autre) doit se faire en moins de 2 mn Après 500 cycles, on n'a constaté aucune dégradation des différentes inter- connexions. Il est à noter par ailleurs qu'afin d'améliorer encore les possibilités -de tenue en température du dispositif 1, on peut, par exemple, réaliser les contacts tels que 2 avec une partie 5 en forme de V, c'est-à-dire possédant deux branches faisant entre elles un angle supérieur ou égal à environ 1200. Sur la figure 4, est représentée une variante de réalisation de la figure 3, plus spécialement applicable dans le cas o le problème thermique est important Sur cette figure, les mêmes éléments que ceux des figures précédentes portent les mêmes références La carte imprimée 38 utilisée ici est constituée d'un -drain thermique 61 revêtu d'un circuit imprimé mince 60 dans lequel on a pratiqué une ouverture 63 sous le "chip- carrier" 36 Cette ouverture 63 a une largeur inférieure ou égale à la largeur d 1 du support d'intercon- nexion 1 Une pâte thermiquement conductrice 62 est introduite dans cette ouverture 63 jusque sous le chip-carrier 36, sur une épaisseur e Cette pâte peut être par exemple une pâte de silicones polymérisés, chargés de particules thermiquement conductrices Ce joint thermique coopère avec le support de l'invention et améliore encore les performances du système d'interconnexion de l'invention. Cette solution est particulièrement intéressante lorsque la résis- tance thermique de ce joint est la plus faible possible, c'est-à-dire l'épaisseur e la plus faible possible En pratique, on a constaté qu'une épaisseur e de l'ordre de 0,5 mm donnait entièrement satisfaction. Il est à noter que l'idée mère de l'invention est basée sur la fait que les brasures 34 et 37 sont séparées d'une distance de l'ordre de d (voir figure -3) Il est bien entendu que les contacts électriques tels que 2 peuvent ne pas s'étendre jusqu'à l'ouverture 20, que celle- ci peut être de dimension beaucoup plus petite que la distance entre deux contacts 2 en vis-à-vis, que les contacts tels que 33 peuvent s'étendre également jusqu'à proximité de l'ouverture 20, etc, ces variantes faisant partie de l'invention. REVENDICATIONS 1 Support d'interconnexion d'un boîtier ( 36) de circuit intégré sur un circuit imprimé ( 38), caractérisé en ce que ledit support ( 1) est constitué d'un diélectrique souple ( 7) formé d'une couronne percée d'une ouverture centrale ( 20) et munie sur l'une de ses faces d'une première série de contacts électriques ( 2), chaque contact s'étendant sensiblement jusqu'au bord de l'ouverture centrale et sur l'autre de ses faces d'une deuxième série de contacts électriques ( 33), chacun d'entre eux étant relié à l'un des contacts ( 2) de première série, et disposé sensiblement à la périphérie de la couronne, de manière à laisser un espace libre (d 5) entre chaque contact ( 33) de la deuxième série et le bord de l'ouverture centrale ( 20). 2 Support d'interconnexion selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comporte une pluralité de fentes ( 8, 9, 10, Il) s'étendant de l'ouverture centrale ( 20) sensiblement jusqu'à la deuxième série de contacts ( 33). 3 Support d'interconnexion selon l'une des revendications l ou 2, caractérisé en ce que le support ( 1) est rectangulaire et comporte quatre fentes ( 8, 9, 10, 11) disposées le long des diagonales. 4 Support d'interconnexion selon l'une des revendications l à 3, caractérisé en ce que le support ( 1) est un diélectrique souple, chaque fente ( 8, 9, 10, Il) se terminant par une partie arrondie ( 12, 13, 14, 15), plus large que la fente, évitant les déchirures du support. Système d'interconnexion d'un bottier ( 36) de circuit intégré sur un circuit imprimé ( 38), caractérisé en ce que l'on interpose entre le boîtier ( 36) et le circuit imprimé ( 38) un support d'inter- connexion ( 1) conforme à l'une des revendications précédentes, chaque contact ( 2) de la première série étant relié à un contact de sortie ( 35) du boîtier du circuit intégré, tandis que chaque contact ( 35) de la deuxième série est relié à un contact correspondant ( 39, 44) du circuit imprimé, la distance (d 1), dans une section perpendi- culaire à l'ensemble du système, entre les bords de l'ouverture ( 20) étant inférieure à celle (d) entre les contacts opposés ( 33) de la deuxième série, de manière à ménager un espace libre (d 5) entre le diélectrique souple ( 7) et le circuit imprimé ( 38) permettant d'absorber sans endommagements des contacts ( 2, 33, 35, 44) les dilatations thermiques différentes du boîtier ( 36) et du circuit imprimé ( 38). 6 Système d'interconnexion selon la revendication 5, caracté- risé en ce que le circuit imprimé ( 38) comporte des trous métallisés d'interconnexion ( 41, 43) disposés à l'intérieur de la zone délimitée par les contacts ( 33) de la deuxième série, le diélectrique souple ( 7) isolant, séparant dans tous les cas les trous métallisésde l'embase du circuit intégré. 7 Système d'interconnexion selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le circuit ( 38) comporte un circuit imprimé mince ( 60) assemblé avec un drain thermique ( 61), le circuit imprimé mince ( 60) comportant une ouverture ( 63) disposée sous le boîtier ( 36), l'espace situé entre la partie inférieure du boîtier ( 36) et le drain thermique ( 61) étant rempli de pâte thermiquement conduc- trice ( 62) au niveau de l'ouverture ( 63). 8 Système d'interconnexion selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le support d'interconnexion ( 1) comporte des moyens de positionnement qui coopèrent avec des moyens de posi- tionnement complémentaires disposés sur le circuit ( 38), permettant la brasure simultanée du boîtier sur le support ( 1) et du support ( 1) sur le circuit ( 38).