Brevet FR2563656A1 — publié le 19851031

1. La présente invention concerne un bloc à cir- cuits à intégration à grande échelle monté avec une plura- lité de puces à circuits intégrés (CI). Un exemple de blocs classiques à circuits à in- tégration à grande échelle est proposé dans un article in- titulé:"A Comparison of Thin Film, Thick Film, and Co- Fired High Density Ceramic Multilayer with the Combined Technology: T&T HDCM" (Comparaison d'une couche mince, d'une couche épaisse, et d'une multi-couche de céramique haute densité co-cuite avec la technologie combinée: M&E MCHD) du Dr. M. Terasawa et al., publié dans The International Journal for Hybrid Micro-electronics, Vol. 6 n 1, Octobre 1983,pages 607 à 615. Comme le substrat cé- ramique en alumine (A1203) de ce bloc classique est formé par laminage et frittage de feuilles brutes d'alumine, on peut lui conférer une épaisseur ne dépassant pas 0,1- 0,3 mm. Il en résulte que l'impédance caractéristique du câblage de signal ne peut ttre réduite au-dessous d'une certaine valeur limite. Par conséquent, si l'impédance des éléments de circuit devant être montés est inférieure à 2. cette valeur limite, il sera impossible d'obtenir une adaptation d'impédance et il y aura tendance à une dété- rioration de la caractéristique de diaphonie. On souffrira aussi de l'autre inconvénient selon lequel les circuits intégrés montés sur le bloc à intégration à grande échelle peuvent provoquer une déviation de l'impédance caractéris- tique du câblage de signal par rapport à sa valeur nomina- le. En outre,le matériau organique utilisé pour la couche isolante du bloc est beaucoup moins dur qu'une ma- tière minérale. Par conséquent, si les fils de connexion au circuit intégré et analogue sont connectés à des pastil- les du substrat en faisant appel à une technique de liai- son par compression thermique, laquelle implique l'appli- cation d'une haute température et d'une pression élevée, un bossellement ou autre déformation du matériau organique a tendance à rendre impossible une liaison normale. D'autre part, un tel bossellement ou déformation a un effet sur la couche de câblage inférieure de sorte qu'un câblage défec- tueux se trouve formé. Par conséquent, dans ce type de bloc, les puces CI sont ordinairement connectées par souda- ge au moyen de supports de puce sans fil. La monture utili- sant les supports de puce sans fil ne permet pas une den- sité de montage élevée. Par conséquent, un objet de la présente inven- tion est un bloc ne souffrant pas des inconvénients ci- tés ci-dessus du bloc de l'art antérieur. Selon un aspect de la présente invention, on prévoit un bloc qui comprend une section avec couche de céramique comportant au moins une première couche de câbla- ge d'alimentation et au moins une première couche de câbla- ge de mise à la masse; et une pluralité de bornes prévues sur une surface de la section avec la couche de céramique. Le bloc comprend en outre une section de câblage de signal comportant au moins une couche de câblage de signal ayant 3. une configuration de câblage désirée, une seconde couche de câblage d'alimentation ou une seconde couche de câblage de mise à la masse formée sur l'autre face de la section avec couche de céramique, et une troisième couche de câbla- ge d'alimentation ou une troisième couche de câblage de mise à la masse.La couche de câblage de signal est interpo- sée entre la seconde couche de câblage d'alimentation ou une seconde couche de câblage de mise à la masse et la troisième couche de câblage d'alimentation ou une troisiè- me couche de câblage de mise à la masse par l'intermédiai- re de couches isolantes. Le bloc de la présente invention comprend en ou- tre au moins une puce à circuits intégrés comportant une pluralité de fils et montés à travers une couche isolante supérieure sur la couche de câblage de signal; et une plu- ralit6 de pastilles formées sur la couche isolante supérieu- re de manière à connecter électriquement la puce de cir- cuits intégrés et la couche de câblage de signal. Chacune des pastilles est connectée mécaniquement au moyen d'un allia- ge eutectique or-argent à un fil correspondant. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels: La figure 1 est une vue en coupe d'un mode de réalisation préféré de la présente invention; Les figures 2A à 2F sont des vues en plan de dif- férentes configurations de câblage de mise à la masse ou d'alimentation; et La figure 3 est une vue en coupe agrandie de la surface entourant la puce CI représentée en figure 1. Dans les dessins, les mêmes numéros de référence représentent les mêmes éléments structurels. En liaison avec la figure 1, un mode de réalisa- tion préféré de la présente invention comprend une section 100 constituée d'une couche de céramique formée par lamina- ge de feuilles brutes, une pluralité de bornes 300 4. d'entrée/sortie de signaux en forme de broches montées sur la surface inférieure de la section 100, une section 200 avec une couche de câblage, et une pluralité de puces CI (seule une puce 400 est représentée en figure 1) montée sur la section 200 par l'intermédiaire de pastilles de liai- son correspondantes (seule une pastille 401 est représen- tée en figure 1).La section 100 renferme au moins une premiè- re couche de câblage d'alimentation 101 en molybdène ou en tungstène, et au moins une première couche de câblage de mise à la masse 102 en molybdène ou en tungstène. La couche 101 est connectée aux bornes d'alimentation en forme de bro- ches (non représentées) par l'intermédiaire d'un câblage à trous traversants (non représentés). Les bornes d'alimen- tation en forme de broches, comme les bornes 300, sont pré- vues sur la surface inférieure de la section 100. La puce 400 à circuits intégrés est alimentée en énergie à partir de la couche 101 via la section 200. D'une manière similaire, la couche 102 est connectée à des bornes en forme de broches pour la mise à la masse (non représentée) afin de fournir à la puce 400 le potentiel de la masse. La section 200 com- prend une seconde couche de câblage d'alimentation 201 com- portant une pluralité de pastilles de signaux 2011 et un ca- blage d'alimentation 2012 formés sur -la section 100 ayant la couche de céramique en utilisant soit la technologie des couches épaisses, soit la technologie des couches minces, une première couche 203 de câblage de signal formée sur la couche de câblage 201 par l'intermédiaire d'une première couche isolante 202 en polyimide, une seconde couche de ca- blage de signal 205 formée sur la couche de câblage 203 par l'intermédiaire d'une seconde couche isolante 204 en polyimide, une seconde couche de câblage de mise à la masse 207 formée sur la couche de câblage 205 par l'intermédiai- re d'une troisième couche isolante 206 en polyimide, et une quatrième couche isolante 208 en polyimide formée sur la couche de câblage 207. Comme matériau pour constituer chaque 5. couche isolante, on peut utiliser une époxy, ou le maté- riau dit téflon ainsi qu'une polyimide. Les couches 203 et 205 sont soit en or soit en cuivre dans les configura- tions de câblage désirées en faisant appel à la technolo- gie des couches minces, et réalisent une connexion électri- que entre les puces CI et entre chacune des puces CI et une (des) borne(s) désirée(s) 300. Les pastilles 2011 sont connectées aux bornes correspondantes 300 par un câ- blage correspondant 103 à trou traversant et aux parties désirées des couches désirées de câblage de signal par un câblage par élément d'interconnexion (non représenté). Dans le présent mode de réalisation, la section à couche de céramique et la couche isolante 202 sont protégées électromagnétiquement l'une vis-àvis de l'autre par la présence entre elles de la couche 201 de câblage d'alimentation.Il en résulte que la constante diélectri- que spécifique effective ( re) dans les couches de câbla- ge de signal 203 et 205 n'est pas influencée par la cons- tante diélectrique spécifique de la céramique et devient sensiblement égale à celle de la polyimide constituant la couche isolante 202. Le retard de propagation du signal Td (ns/m) dans les couches 203 et 205 est généralement don- né par l'équation suivante: Td = 3,335fre Ainsi, comme l'indique l'équation précédente, le retard de propagation Td est d'autant plus court que la constante diélectrique effective rre est plus petite.Par con- séquent, il est évident que l'utilisation-de polyimide ou E: analogue de constante diélectrique re comme matériau de la couche isolante facilitera la réduction du retard de propagation des signaux. D'une manière similaire, la cou- che 207 de câblage de mise à la masse a pour effet d'évi- ter que des objets présents dans le voisinage de la partie supérieure de la section 200 à couche de câblage ne provo- quent des variations des constantes diélectriques spécifiques 6. effectives des couches de câblage 203 et 205. En outre, comme les couches de câblage de signal 203 et 205 sont recou- vertes par la couche 207 de câblage de mise à la masse et par la couche 201 de câblage d'alimentation, l'impédance caractéristique des couches 203 et 205 peut âtre facile- ment commandée par la distance entre les couches 207 et 201 qui sont mises à la masse sous forme, soit de courant alternatif, soit de courant continu. Par conséquent, les impédances caractéristiques des couches 203 et 205 peuvent être facilement rendues identiques à leurs valeurs nomina- les respectives. Par exemple, comme la couche 207 est pla- cée très près des couches 203 et 205, leur impédance caractéristique diminue ce qui se traduit par un bruit de diaphonie réduit entre lignes de signaux. On peut obtenir un effet similaire en utilisant les couches 201 et 207 comme couche de câblage de mise à la masse et couche de câblage d'alimentation, respecti- vement,les deux couches 201 et 207 comme couches de câbla- ge de mise à la masse, ou les deux couches 201 et 207 comme couches de câblage d'alimentation. Le polissage de la surface supérieure de la section 100 à couche en céramique avant la formation de la couche 201 de câblage de signal sur son dessus permet la réalisation de la configuration de câblage de la couche 201 avec un degré de précision extrêmement élevé, de sorte que le contrôle de l'impédance caractéristique des couches 203 et 205 se trouve facilité. La section 200 à couches de câblage peut égale- ment être formée après réalisation d'une couche isolante supplémentaire, constituée de polyimide ou de quelque autre matériau organique, sur la section 100 à couche de céramique. Diverses configurations de câblage illustrées en figures 2A à 2F, peuvent être envisagées pour les couches 201 et 207. La figure 1 représente une vue en coupe selon la ligne A-A de la figure 2A. 7. On procèdera maintenant à la description de la structure de montage de la puce 400 à circuits intégrés en liaison avec la figure 3. Sur la section 200 à couches de câblage on forme des pastilles de liaison 401 et des électrodes 403. Sur les surfaces des électrodes 403 on for- me de fines pellicules de revêtement 404. Des fils 402 sont connectés mécaniquement à la puce 400 de manière à être reliés électriquement à des circuits à l'intérieur de la pu- ce 400 dans les parties de connexion 405. Sur les surfaces des fils 402, y compris les zones de liaison 402a, on forme des pellicules 402b de revêtement en or. Tout d'abord, la puce 400 est fixée sur la pastille 401 de la section 200. A ce moment là,les zones de liaison 402a des fils 402 sont placées dans des positions opposées à celles des électro- des 403,respectivement. Ensuite, en déplaçant un outil de liaison 500 dans le sens représenté par la flèche X, les fils 402 sont comprimés pour amener les pellicules 402b en contact avec les pellicules 404. A ce moment là, les extré- mités 500a de l'outil 500 sont en contact avec les pellicu- les 402b des fils 402. En chauffant les pellicules 402b et les pellicules 404 par l'intermédiaire de l'outil 500, on forme des couches d'alliage argent-étain entre les fils 402 et les électrodes 403. Dans ce cas, le chauffage au- delà du point de fusion de l'étain, c'est-à-dire 232 C, a pour effet de faire fondre les pellicules 404 de revête- ment en étain et de diffuser des atomes d'or entre les pellicules 402b de revêtement en or et la pellicule 404 de revêtement en étain. La poursuite du chauffage jusqu'à une température de 269 C ou à une température supérieure, qui est la température eutectique de l'or et de l'étain, se traduit par un mélange de cristaux d'or et d'étain stable à des fins pratiques. Ainsi, dans ce mode de réalisation, la connexion de chaque électrode 403 et du fil correspondant 402 est obte- nue par formation d'une couche d'alliage par chauffage et, 8. par conséquent, est exempte de l'application aux électro- des 403 d'une précision extrêmement élevée, laquelle serait nécessaire pour effectuer une connexion en faisant appel à la méthode classique de liaison par compression thermique. Il en résulte qu'une polyimide ou autre matériau relativement tendre peuvent être utilisés pour la section 200 à couches de cfblage. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 9. REVENDICATIONS 1 - Bloc à circuits intégrés à grande échelle, caractérisé en ce qu'il comprend: - une section (100) à couche de céramique compor- tant au moins une première couche de câblage d'alimenta- tion (101) et au moins une première couche de câblage de mi- se à la masse (102); - une pluralité de bornes (300) prévues sur une surface de la section à couche de céramique; - une section de câblage de signal (200) compor- tant au moins une couche de câblage de signal (203) ayant une configuration de câblage désirée, une seconde couche de câblage d'alimentation (201) ou une seconde couche de câblage de mise à la masse (207) formée sur la surface exté- rieure de la section à couche de céramique, et une troisiè- me couche de câblage d'alimentation ou une troisième cou- che de câblage de mise à la masse, o ladite couche de câ- blage de signal (203) est intercalée entre la seconde cou- che de câblage d'alimentation (201) ou la seconde couche de câblage de mise à la masse (207) et la troisième couche de câblage d'alimentation ou la troisième couche de câbla- ge de mise à la masse par l'intermédiaire de couches isolan- tes (202; 204); - au moins une puce (400) à circuits intégrés ayant une pluralité de fils (402) et montée par l'intermédiai- re d'une couche isolante supérieure (208) sur ladite cou- che de câblage de signal (200); et - une pluralité de pastilles (401) formées sur la couche isolante supérieure de manière à connecter électri- quement la puce à circuits intégrés et la couche de câbla- ge de signal et chacune étant connectée mécaniquement par l'intermédiaire d'un alliage eutectique argent-étain à un fil correspondant. 2 - Bloc selon la revendication 1, caractérisé en ce que les couches isolantes sont constituées d'un matériau 10. isolant organique. 3 - Bloc selon la revendication 2,caractérisé en ce que le matériau organique isolant est une polyimi- de, une époxy ou un matériau dit Téflon. 4 - Bloc selon la revendication 1, o la surface extérieure de la section comportant la section à couche de céramique (100) est polie. -Bloc selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première et/ou troisième couche de câblage de mise à la masse est reliée à la masse sous forme soit d'un courant alternatif soit d'un courant continu. 6 - Bloc selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une couche isolante en matériau organique formée entre la section à la couche de céramique (100) et la section de câblage de signal (200). 7 - Bloc selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de câblage est soit en or soit en cui- vre.