Brevet FR2538164A1 — publié le 19840622

PROCEDE D'ENCAPSULATION ET CIRCUIT INTEGRE SOUS BOITIER ENCAPSULE PAR CE PROCEDE La présente invention concerne les circuits intégrés de très petites dimensions, et plus particulièrement les problèmes posés par l'encapsulation de ces circuits dans des bottiers possédant des broches de connexion extérieures. Un circuit intégré sous bottier de matière plastique est représenté schématiquement à la figure 1 en vues de face et de côté : le circuit intégré proprement dit est noyé dans un corps 10 de matière plastique d'ou sortent des broches de connexion désignées généralement par la référence 12. Le procédé le plus classique d'encapsulation est expliqué en référence aux figures 2, 3 et 4 ; la figure 3 est une vue agrandie du centre de la figure 2, la figure 4 une coupe transversale de cette vue agrandie. On dispose une puce de circuit intégré 14 sur une embase 16 servant à la fois de contact électrique avec la face arrière de la puce (si un tel contact est nécessaire) et de dissipateur ther inique ; cette embase 16 est située au niveau de la partie centrale d'une grille de connexion métallique 18. L'embase 16 peut d'ailleurs faire partie intégrante de la grille ou en être totalement séparée ; dans le premier cas il suffit de placer précisément la puce sur l'embase au centre de la grille 14 ; dans le second cas il faut placer précisément la puce sur l'embase et placer précisément l'embase dans la partie centrale de la grille. Il est encore possible d'avoir à la fois une embase faisant partie de la grille et une embase séparée (pour augmenter la faculté de dissipation thermique) ; l'embase séparée est alors collée ou soudée sous celle de la grille. La grille de connexion 18 est une plaque métallique mince découpée en branches convergeant vers le centre et reliées entre elles (par exemple sur tout le pourtour de la grille) de manière à former une pièce d'un seul tenant. Les branches convergent vers l'embase 16 sans toutefois la toucher, à l'exception peut être d'une ou deux branches destinées d'une part à supporter embase 16 lorsqu'elle fait partie intégrante de la grille 18, et d'autre part à former des broches de connexion vers la face arrière du circuit- intégré (broche de masse électrique par exemple). Sur les figures 2 et 3, on voit que la grille de connexion 18 comporte une embase 16 solidaire des branches 20 et 22, et quatorze branches séparées convergeant vers embase sans la toucher. Ces quatorze branches, ainsi que la branche 22 qui se divise en deux portions, sont toutes reliées par une bande rectangulaire 24 formant le pourtour de la grille 18 ; les seize branches ainsi constituées sont destinées à former les seize broches 12 de connexion extérieure du circuit intégré encapsulé. La puce 14 est d'abord soudée sur l'embase 16, après quoi des fils de connexion 26 (fils d'or en général) sont soudés entre les extrémités des branches (extrémités généralement désignées par - la référence 28) et des plages de contact spécialement prévues sur la puce. Puis, l'ensemble de la puce, des fils, et des extrémités des branches de la grille, est encapsulé, c'est à dire qu'en pratique, pour un bottier de matière plastique, cet ensemble est placé dans un moule où est injectée une résine durcissable. Les branches dépassent à l'extérieur de ce moule. Après l'opération de moulage, on sépare les branches les unes des autres, notamment en découpant toute la bande 24 formant le pourtour de la grille. La découpe se fait par exemple selon les quatre lignes en traits tiretés de la figure 2. Les branches ainsi séparées, dépassant du bottier-sur une certaine longueur, forment les broches de connexion ; elles peuvent être pliées pour aboutir par exemple à la configuration de la figure 1. On cherche de plus en plus à obtenir des circuits intégrés à grand nombre de broches extérieures, même pour des puces de très petites dimensions. C'est surtout au voisinage immédiat de la# puce que la place disponible est la plus limitée pour disposer côte à cote un grand nombre de branches de connexion. Or la possibilité de resserrer les extrémités des branches autour de la puce est limitée par des impératifs technologiques : d'une part, pour des questions de résistance mécanique et de dissipation thermique, on ne peut réduire l'epaisseur de la grille au dessous d'une certaine valeur (dépendant du type de circuit intégré fabriqué) ; d'autre part, pour des raisons de coût de fabrication, il faut utiliser un procédé économique pour de couper la grille de connexion en branches convergentes ; mais, ces procédés economiques, et tout particulièrement la découpe mécanique (matriçage) d'une plaque métallique mince, qui est particulièrement intéressante pour des fabrications en grande séria, ne permettent pas de découper correctement et de manière fiable des largeurs de branches ou des intervalles entre branches inférieurs à l'épaisseur de la plaque mince. Ceci est illustre aux figures 3 et 4 : la largeur des branches au voisinage de la puce est d ~ l'intervalle entre branches est i, l'épaisseur des branches est e ; d et i sont nécessairement supérieurs ou égaux à e. On serait donc conduit tout naturellement, pour augmenter le nombre de broches de connexion, à reculer les extrémités de branches 28 par rapport à la puce9 pour les disposer en cercle à une plus grande distance de la puce. Mais ceci oblige à prévoir de plus grandes longueurs de fils de connexion 26, avec les inconvénients que cela comporte au point de vue de 17augmenta- tion du cotit des fils, de la diminution de la fiabilité mécanique et du rendement de fabrication, ainsi que de l'accroissement des risques de court-circuit pendant l'encapsulation. La présente invention propose un nouveau procédé d'encapsulation, et un circuit intégré réalisé par ce procédé, qui permettent d'augmenter le nombre de broches de connexion d'un circuit intégré, pour une surface de puce donniez sans réduire l'epaisseur de la grille de connexion, donc sans altérer les capacités de dissipation thermique et les qualités mécaniques, sans utiliser de procédé couteux de découpe de la grille de connexion, et sans augmenter les longueurs des fils de connexion entre les broches et la puce. Un autre problème que l'on cherche à résoudre par l'invention, problème connexe du problème précédent, est l'amélioration de la dissipation thermique par accroissement de l'épaisseur de la grille de connexion, sans augmentation des longueurs de fils de connexion entre broches et puce. Le procédé d'encapsulation selon l'invention comprend les étapes classiques de mise en place de la puce, de soudure de fils de connexion, d'encapsulation de la puee, et de séparation des broches de connexion, mais il utilise deux grilles de connexion que l'on superpose précisément a chacune de ces étapes de telle manière que, vues dans le sens de la superposition, plusieurs branches au moins de l'une des grilles soient intercalées chacune entre deux branches adjacentes de l'autre grille. Les grilles sont de coupe es économiquement de sorte que chacune possède des branches de largeur et d'espacement es pria- cipe supérieurs ou égaux à l'épaisseur des grilles, mais la superposition des grilles produit une configuration de connexions qui, contrairement à celles qui ont été réalisées jusqu'a maintenant, possède certaines extrémités de branches séparees des extrémités de branches adjacentes par une distance pouvant autre comprise entre environ 0,2 et 0,8 fois l'epaisseur de ces branches, meme si ces branches ont été formées par de coupe mécanique donc économiquement. il apparatt que cette superposition de grilles selon l'invention n'est pas gênante pour l'obtention finale de broches qui sont toutes dans le meme plan au niveau de la sortie du bottier alors qu'on pourrait penser a priori qu'une telle solution est a proscrire. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexes dans lesquels - les figures 1 à 4 déjà décrites montrent-un procédé d'encapsulation classique d'un circuit intégré à seize broches de connexion extérieure ; - les figures 5 et 6 montrent en vue agrandie le centre de deux grilles de connexion utilisables dans le procède selon l'invention ; - les figures 7 et 8 montrent la superposition de ces grilles, respectivement en vue de dessus et en coupe transversale;; - les figures 9 et 10 montrent un autre exemple de superposition de grilles, respectivement en vue de dessus et en coupe transversale - la figure 11 montre le circuit intégré en cours d'encapsulation par une résine plastique dans un moule. Pour réaliser un circuit selon le procédé de l'invention, on fabrique deux grilles de connexion distinctes dont les parties centrales agrandies (avec la même échelle qu'a la figure 3) sont visibles aux figures 5 et 6. Ces grilles sont formées par découpe de plaques métalliques minces, d'une manière qui soit économique pour une fabrication en grande série, c'est à dire de préférence par matriçage. Chacune des grilles est tout à fait semblable à une grille de connexion classique, comprenant des branches de connexion distinctes et éventuellement une embase reliée à une ou plusieurs de ces branches, les autres branches convergeant vers l'embase sans la toucher. Dans l'exemple représenté, la première grille possède une embase 30 (fig 5), mais pas la seconde (fig 6). Cependant les deux grilles pourraient en comporter. Les branches de connexion sont reliées les unes aux autres pour que les grilles constituent chacune une pièce d'un seul tenant. Cette liaison est faite par exemple comme à la figure 2, par une bande métallique qui forme le pourtour des grilles et qui est destinée à être découpée après encapsulation pour séparer les branches les unes des autres. Les deux grilles sont conformées de telle manière que si on les superpose avec précision, plusieurs branches au moins de l'une viennent s'intercaler chacune entre deux branches adjacentes de l'autre. Cette superposition est visible à la figure 7 en vue de dessus et à la figure 8 en coupe transversale : les branches 32 de la première grille sont intercalées entre les branches 34 de la seconde. Sur la figure 8 on a figuré aussi les bandes de pourtour 36 et 38 des première et seconde grilles pour montrer la superposition. Cette intercalation n'est pas forcément réalisée pour toutes les branches : on peut imaginer que si la deuxième grille possède aussi une embase reliée à des extrémités de branches, ces extrémités se superposent directement sur les extrémités correspondantes des branches reliees à l'embase de la première grille. Si l'epaisseur des grilles est e, chaque grille peut avoir des branches de largeur d pouvant être pratiquement égales à e. Quant à l'intervalle i entre branches, on le choisira supérieur à d, ce qui est donc parfaitement exécutable par découpe mécanique, de sorte qu'on puisse intercaler sans difficulté les branches des deux grilles. Dans l'exemple représenté, on a choisi la même largeur d pour les extrémités de branches des deux grolles et le m#me intervalle i (de l'ordre de 2d). il s'agit bien sûr d'un cas par ticulier et d'autres configurations sont possibles selon les besoins. A la figure 7, avec ce choix de dimensions, on voit qu'il subsiste entre les branches adjacentes (après superposition) un intervalle qui est de l'ordre de d/2 beaucoup plus petit que ce qu'on pourrait obtenir si une seule grille était réalisée par découpe mécanique selon la configuration de la figure 7. L'intervalle subsistant peut être d'environ 0,2 fois à 0,8 fois l'épaisseur de la grille. Sur la figure 7, on voit qu'on a pu loger dans le même espace qu'a la figure 3, sans augmenter les longueurs de fils de connexion nécessaires, vingt branches au lieu de seize. Mais l'invention pourrait aussi permettre, sans augmentation du nombre de broches, d'accroître l'épaisseur e des broches de connexion et de embase, donc d'accrottre la dissipation thermique et la résistance mécanique, en prévoyant deux grilles dont les branches ont une plus grande largeur qu'a la figure 3 mais qui, une fois superposées, constituent une grille composite correspondant aux figures 9 (vue de dessus) et 10 (coupe transversale) où l'intervalle entre branches adjacentes est plus faible que la nouvelle épaisseur des branches.Dans ce cas encore, il n'est pas nécessaire d'augmenter la longueur des connexions en fil d'or entre les broches et la puce et les grilles peuvent toujours être découpées mécaniquement, la largeur des branches et l'intervalle entre branches de chacune des grilles découpée isolement étant superieurs à l'epaisseur du metal. Les branches de la première grille sont encore désignées par 32, celles de la deuxième par 34, l'embase par 30. La dissipation thermique serait encore renforcée si les deux grilles comportaient une embase. Les deux grilles sont précisément superposées a chacune des étapes de fabrication ; on peut imaginer de prévoir des trous de repérage sur les bords de chacune des grilles ou de prévoir que les bandes extérieures 36 et 38 des deux grilles sont rigoureusement identiques pour faciliter la superposition précise On procède alors classiquement a la mise en place de la puce (soudure sur l'embase de la grille supérieure) et à la soudure de fils d'or de connexions entre la puce et les extrémités 32 et 34 des branches des deux grilles superposées, puis à l'encapsulation dans un bottier. La figure Il montre cette phase pour ltencapsulation dans un corps de resine (bottier de matière plastique) e les deux grilles précisément superposées sont placées à l'interieur d'un moule 40 ayant la forme du bottier à réaliser. Seule la partie centrale des grilles, la puce et les fils de connexion se situent à l'intérieur du moule. Les branches dépassent à l'exterieur du bottier par des fentes 42 spécialement prévues dans le moule, à des emplacements correspondant aux sorties de broches de connexion extérieure du bottier a réaliser. Comme on le voit sur la figure 11, les fentes sont prévues toutes dans un même plan, aussi bien celles qui servent au passage des branches 32 de la première grille que celles qui servent au passage des branches 34 de la seconde grille. Bien que les grilles restent superposées (notamment au niveau de leurs bandes de pourtour 36 et 38), la souplesse des branches permet de les forcer dans un même plan au niveau de la sortie du moule par une déformation de type élastique. Une injection de matière plastique est effectuée dans le moule, puis le circuit avec son bottier moulé est retire, et, comme expliqué en référence à la figure 2, les broches qui sortent du boîtier, sont séparées les unes des autres notamment par une découpe mécanique des bandes de liaison 36 et 38. ta découpe est faite par exemple selon les lignes pointillées 44 de la figure 11, en laissant subsister la longueur de broches voulue. Plus rien ne s'oppose à ce que les branches 32 et 34 des deux grilles reviennent totalement dans leur plan commun de sortie du boitier, ramenées dans ce plan par la force de deformation élastique exercée- lors de la fermeture du moule 40 Les broches de connexion extérieures peuvent alors rester dans ce plan, ou encore être pliées ou roulées selon les différentes sortes de connexion qu'son peut désirer. Le circuit intégré ainsi encapsule dans un bottier se présente alors généralement comme les circuits habituels niais plusieurs branches résultent d'une première découpe de plaque métallique et plusieurs autres résultent d'une autre découpe, avec au moins une branche de la première de coupe intercalée entre deux branches adjacentes de la deuxième de coupe. REVENDICATIONS 1. Procédé d'encapsulation d'un circuit intégré dans un bottier (10) comportant des broches de connexion extérieure (12), comprenant les étapes consistant à a) placer une puce de circuit intégré (14) au centre d'une grille de connexion (18) qui comporte plusieurs branches reliées entre elles et destinées à former, après séparation, des broches de connexion extérieure (12) du bottier b) souder des fils de connexion (26) entre des plages de contact prévues sur la puce et les branches de la grille c) encapsuler la puce, les fils et les branches de la grille dans un bottier en laissant dépasser à l'extérieur une partie de celle-ci d) découper la grille de manière à séparer les branches les unes des autres pour former les différentes broches de connexion ; caractérisé en ce qu'il est prévu deux grilles de connexion, superposées dans toutes ces étapes avec une grande précision de telle manière que, vues dans le sens de la superposition, plusieurs branches (32) de l'une des grilles soient intercalées chacune entre deux branches adjacentes (34) de l'autre grille. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espacement subsistant en vue de dessus entre une branche ainsi intercalée et l'une ou l'autre des branches adjacentes correspondantes de l'autre grille est compris entre 0,2 fois et 0,8 fois l'epaisseur des grilles. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'encapsulation est faite en forçant dans un même plan les branches de la grille au niveau de leur sortie vers l'exterieur du bottier. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux grilles comportent une embase centrale (30) les embases se superposant et la puce (14) étant soudée sur l'embase supérieure. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les grilles de connexion sont toutes deux découpées mécaniquement par matriçage. 6. Circuit intégré encapsulé dans un bottier comportant plusieurs broches de connexion extérieures,- se prolongeant à l'intérieur du bottier vers le centre de celui-ci, en formant des branches convergentes dont les extrémités sont reliées par des fils de connexion à des plages de contact prévues sur une puce de circuit intégré située vers le centre du boîtier, caractérisé en ce que certaines de ces extrémités de branches sont séparées des extrémités de branches adjacentes par une distance comprise entre 0,2 et 0,8 fois l'épaisseur de ces branches. 7. Circuit intégré encapsulé dans un bottier comportant plusieurs broches de connexion extérieure sortant du bottier, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs broches (32) résultant d'une première découpe de plaque métallique et plusieurs broches (34) résultant d'une autre découpe, avec au moins une broche de la premier découpe intercalée entre deux broches adjacentes de la deuxième découpe. 8. Circuit selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les broches de connexion sont des broches planes découpées mécaniquement par matriçage.