Brevet FR2579022A1 — publié le 19860919

- 1 - ENSEMBLE A CIRCUITS ELECTRONIQUES COMPRENANT AU MOINS UN ELEMENT A CIRCUITS INTEGRES La présente invention concerne un ensemble à circuits électroniques compre- nant au moins un élément à circuits intégrés pourvu de plusieurs dispositifs semi-conducteurs et de plusieurs patins de contact disposés sur l'une de ses surfaces et connectés électriquement aux dispositifs semi-conducteurs, et un substrat pourvu de plusieurs patins de contact disposés sur l'une de ses surfaces, l'élément à circuits intégrés et le substrat étant montés l'un au- dessus de l'autre de façon que les patins de contact du substrat soient en contact avec ceux de l'élément à circuits intégrés.- De manière classique, le substrat peut être une carte à circuits multicouche comportant sur sa surface ou à l'intérieur des pistes conductrices qui sont raccordées aux patins de contact de l'élément à circuits intégrés ou à des broches solidaires de l'enveloppe dans laquelle l'élément est monté. Le sub- strat assure les raccordements électriques avec des circuits externes et il peut supporter plusieurs éléments à circuits intégrés, en assurant aussi une connexion électrique entre ceux-ci. Quand un ensemble à circuits électroniques a une certaine ampleur, il néces- site naturellement un grand nombre d'éléments à circuits intégrés, ce qui requiert alors un grand nombre de connexions entre ces éléments et le sub- strat, ainsi qu'un allongement des pistes conductrices. Cela augmente le risque de panne ou de mauvais fonctionnement de l'ensemble et cela peut réduire sa vitesse de travail. Un but de la présente invention consiste à fournir un ensemble à circuits électroniques perfectionné de manière à pallier les inconvénients mentionnés ci-dessus. Selon un premier aspect, l'invention concerne un ensemble à circuits électro- niques du type indiqué en préambule, caractérisé en ce que le substrat com- porte plusieurs dispositifs semi-conducteurs actifs qui sont intégrés dans le substrat et connectés électriquement aux patins de contact du substrat, les dispositifs semi-conducteurs de l'élément à circuits intégrés étant ainsi connectés électriquement à ceux du substrat. -2 - Grâce au montage de l'élément à circuits intégrés directement sur un substrat comportant en lui-même des dispositifs semi-conducteurs actifs, en fait un autre élément à circuits intégrés, la longueur du chemin entre ces dispositifs est réduite. On réduit également le nombre des interconnexions nécessaires. Les dispositions selon l'invention permettent donc de fournir un ensemble plus compact Dans des formes de réalisation particulières de l'ensemble défini ci-dessus, la surface du substrat peut être plus étendue que la surface dç l'élément à circuits intégrés. Le substrat peut comporter des éléments conducteurs sur la partie de sa surface qui s'étend au-delà de l'élément à circuits intégrés, une connexion électrique externe étant réalisée sur ces éléments conducteurs. Plusieurs éléments à circuits peuvent être montés sur le substrat. Les dispo- sitifs semi-conducteurs de l'élément à circuits intégrés et les dispositifs semi-conducteurs du substrat peuvent être disposés dans des circuits respectifs qui sont agencés pour remplir essentiellement les mêmes fonctions. Le schéma d'intégration dans l'élément à circuits intégrés peut être essentiellement une image réfléchie du schéma d'intégration dans le substrat. Selon une variante de réalisation, plusieurs dispositifs semi-conducteurs actifs intégrés dans le substrat sont connectés de manière à former un circuit sélec- teur, lequel est connecté de façon à opérer une sélection parmi certains des éléments à circuits intégrés. Selon un autre aspect, la présente invention fournit un ensemble à circuits électroniques comprenant un premier et un second élément à circuits intégrés, chacun de ces éléments étant pourvu de patins de contact disposés sur une surface respective. Cet ensemble est caractérisé en ce que le schéma d'inté- gration du premier élément à circuits intégreés est essentiellement une image réfléchie du schéma d'intégration du second élément, et en ce que les deux éléments à circuits intégrés sont montés face à face l'un audessus de l'autre, les patins de contact respectifs des deux éléments étant alignés entre eux. Cet ensemble peut comporter un substrat disposé entre les deux éléments à circuits intégrés, une interconnexion électrique des patins de contact desdits éléments étant réalisée par des pistes conductrices à travers l'épaisseur du substrat. Le substrat peut avantageusement être en silicium. -3 - On décrira ci-dessous à titre d'exemple divers ensembles selon la présente invention, comprenant dans une enveloppe un substrat et des éléments à circuits intégrés, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un ensemble selon l'invention, enfermé dans une enveloppe, La figure 2 représente une partie de l'ensemble de la fig. 1, à une échelle agrandie, La figure 3 représente schématiquement une partie de la disposition des circuits du substrat, La figure 4 est un schéma illlustrant le circuit électrique général de l'en- semble, La figure 5 représente une autre forme de réalisation, selon le second aspect de l'invention, et La figure 6 est une vue en coupe transversale d'une autre forme de réalisation. En référence aux figures I à 3, l'ensemble à circuits électroniques 10 est enfermé dans une enveloppe extérieure scellée Il d'o émergent des conduc- teurs rigides 12 utilisables pour réaliser une connexion électrique externe de l'ensemble 10. L'ensemble 10 comporte un susbtrat rectangulaire 20 en silicium et six élé- ments à circuits intégrés 30A, 30B, 30C, 30X, 30Y et 30Z connectés au sub- strat, la surface du substrat étant plus étendue que celle. de chacun des élé- ments. Les éléments 30 sont des éléments connus appelés communément circuits intégrés, microplaquettes ou puces électroniques, comportant un dé de matériau semi-conducteur que l'on a- traité par dopage, attaque chi- mique, etc. pour y réaliser divers dispositifs semi-conducteurs interconnectés. La surface inférieure 21 du substrat 20 est fixée au fond de l'enveloppe 11 par exemple au moyen d'un adhésif thermoconducteur ou d'une soudure eutectique or/silicium. La surface supérieure 22 comporte un réseau de pistes d'aluminium 23 sur lesquelles sont prévus des patins de contact en or 24 -4 - disposés en regard de patins de contact correspondants 34 prévus à la face inférieure 35 des éléments à circuits intégrés 30. Les pistes 23 de la surface 22 du substrat 20 sont connectées aux conducteurs 12 par des fils minces 31. La connexion électrique entre les patins de contact 24 du substrat et les patins 34 de l'élément 30 est assurée par des liaisons 25 réalisées au moyen de gouttes de soudure, de résine epoxy conductrice ou de verre à charge d'argent. Les pistes 23 servent à la fois à interconnecter différents patirs 24 sur le sdbstrat, pour établir une interconnexion entre différents éléments à circuits intégrés 30, et à connecter des patins de contact de la surface 22 du substrat avec des dispositifs semi-conducteurs actifs 50 qui ne sont représentés que schématiquement sur les dessins et qui sont ménagés dans le corps même du substrat 20. A cet égard, on peut considérer que le substrat 20 constitue par lui-même un élément à circuits intégrés renfermant des dispositifs semi- conducteurs actifs formés par les techniques classiques de dépôt, de dopage et d'attaque chimique. Les dispositifs 50 contenus dans le substrat 20 peuvent être de formes diverses selon l'application à laquelle est destiné l'ensemble 10. Dans le présent exemple, les éléments 30 forment deux jeux d'éléments iden- tiques 30A à 30C et 30X à 30Z, tandis que les dispositifs 50 forment trois unités logiques de sélection 50A, 50B et 50C dont chacune comporte un circuit sélecteur 51 et une porte OU 52, selon les figures 3 et 4. Les circuits sélec- teurs 51 ont chacun trois entrées qui sont agencées pour recevoir des signaux issus de chacun des trois éléments 30A, 30B et 30C. Les circuits sélecteurs 51 ont chacun une sortie unique qui est raccordée à une entrée de chacune des trois portes OU 52. La sortie de chaque porte OU 52 est connectée respec- tivement à l'un des éléments restant 30X, 30Y et 30Z. Durant le fonction- nement, les circuits sélecteurs 51 rejettent tout signal d'entrée qui diffère des deux autres signaux d'entrée dans une mesure excédant un seuil prédéter- miné et ils délivrent un signal de sortie basé sur ces deux signaux d'entrée approximativement égaux. De cette manière, si l'un des éléments 30A à C fonctionne mal, il est isolé et les signaux transmis aux composants sui- vants sont basés sur les éléments fonctionnant correctement. L'invention n'est pas limitée à la présence de circuits sélecteurs dans le - 5 - substrat. N'importe quel circuit intégré de type classique peut être formé par interconnexion de dispositifs semi-conducteurs actifs ménagés dans le substrat. Si le substrat a sensiblement la même taille que l'élément à circuits intégrés monté sur lui, cela permet de doubler le degré d'intégration qu'on obtiendrait en utilisant seulement l'élément 30. Pour obtenir le même degré d'intégration par des moyens traditionnels, il faudrait utiliser deux éléments à circuits intégrés, montés çôte-à- côte sur un substrat et connectés l'un à l'autre par l'intermédiaire de pistes conductrices sur le substrat. Les mon- tages classiques de ce genre entraînent un allongement du chemin,du courant entre les dispositifs semi-conducteurs des différents circuits intégrés et ils augmentent en outre des connexions nécessaires, ce qui accroît la capacité et le risque de défaillance dans les connexions. Dans une autre forme de réalisation possible, le susbtrat peut comporter essentiellement le même circuit que la puce électronique qu'il porte. Dans ce cas, la puce et le substrat forment ensemble un assemblage duplex redon- dant de sorte que, en cas de panne d'un circuit, l'autre circuit peut remplir les mêmes fonctions. Comme les patins de contacts des faces opposées du substrat et de l'élément à circuits intégrés doivent se trouver les uns en face des autres, il n'est généralement pas possible d'adopter un schéma d'inté- gration identique sur le substrat et cet élément. Toutefois, ceci n'augmente pas notablement le coût de fabrication, puisque les masques utilisés pour l'élément à circuits intégrés peuvent aussi être utilisés, après inversion, pour réaliser le substrat. On réalise ainsi dans le susbtrat un schéma d'intégra- tion qui est une image réfléchie et qui est aligné avec celui de l'élément quand l'élément et le substrat sont placés face à face. De préférence, le substrat sera légèrement plus grand que l'élément à circuits intégrés et com- portera des patins de contact qui dépassent le bord de cet élément, pour permettre la connexion de l'ensemble à des circuits externes. Ceci n'exige que des modifications mineures à un ou deux des masques utilisés pour la fabrication du substrat. -Il peut être avantageux de monter des paires d'éléments à circuits intégrés sur un substrat classique, l'un des éléments étant une image réfléchie de l'autre. Par exemple, la figure 5 représente un ensemble ayant un substrat classique 200 qui sert uniquement à interconnecter deux éléments à circuits intégrés 201 et 202 montés sur les faces opposées du substrat, directement -6 - l'un au-dessus de l'autre et face à face. Dans une telle disposition, comme les patins de contact correspondants des deux éléments sont alignés entre eux, l'interconnexion est facilitée et la longueur des connexions électriques est réduite si l'on utilise des trous métallisés 203 ou d'autres chemins conduc- teurs s'étendant à travers l'épaisseur du susbtrat. La présente invention permet d'utiliser ensemble deux ou plusieurs éléments à circuits intégrés qui ne sont pas spécialement conçus pour être compa- tibles, puisque le substrat peut renfermer des dispositifs semiconducteurs actifs agencés pour rendre compatible la sortie d'un des éléments avec l'en- trée d'un ou plusieurs des autres. Cela permet de mélanger librement des circuits intégrés standards et des éléments spéciaux, ainsi que de différencier une fabrication sans encourir nécessairement de gros frais de rééquipement. Un ensemble tel que décrit peut être monté de différentes manières dans son enveloppe. Par exemple, comme le montre la fig. 6, le substrat 20' peut être retourné et ses dimensions peuvent être déterminées par rapport à l'en- veloppe 11' de telle manière qu'il recouvre les conducteurs 12' le long du pourtour de l'enveloppe et que les pistes conductrices de la surface du substrat se trouvent en contact direct avec ces conducteurs. -7 - Revendications 1. Ensemble à circuits électroniques comprenant au moins un élément à cir- cuits intégrés pourvu de plusieurs dispositifs semi-conducteurs et de plusieurs patins de contact disposés sur l'une de ses surfaces et connectés électrique- ment aux dispositifs semi-conducteurs, et un substrat pourvu de plusieurs patins de contact disposés sur l'une de ses surfaces, ledit élément et le sub- strat étant montés l'un au-dessus de l'autre de façon que les patins de contact du substrat soient en contact avec ceux de l'élément à circuits intégrés, caractérisé en ce que le substrat (20) comporte plusieurs dispositifs semi- conducteurs actifs (50) qui sont intégrés dans le substrat et connectés électri- quement aux patins de contacts (24) du substrat, lesdits dispositifs semiconduc- teurs de l'élément à circuits intégrés (30) étant ainsi connectés électriquement à ceux du substrat. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite surface du substrat (20) est plus étendue que ladite surface de l'élément à circuits intégrés (30). 3. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que le substrat (20) comporte des éléments conducteurs (23) sur la partie de sa surface qui s'étend au-delà de l'élément à circuits intégrés (30), et en ce qu'une connexion élec- trique externe est réalisée sur ces éléments conducteurs. 4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que plusieurs éléments à circuits intégrés (30) sont montés sur le sub- strat (20). 5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac- térisé en ce que les dispositifs semi-conducteurs de l'élément à circuits inté- grés (30) et les dispositifs semi-conducteurs (50) du substrat sont disposés dans des circuits respectifs qui sont agencés pour remplir essentiellement les mêmes fonctions. 6. Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce que le schéma d'inté- gration dans l'élément à circuits intégrés (30) est essentiellement une image réfléchie du schéma d'intégration dans le substrat (20). -8 - 7. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que plusieursdispositifs semi-conducteurs actifs (50) intégrés dans le substrat sont connectés de ma- nière à former un circuit sélecteur (51), et en ce que ce circuit sélecteur est connecté de façon à opérer une sélection parmi certains des éléments à circuits intégrés (30). 8. Ensemble à circuits électroniques comprenant un premier et un second élément à circuits intégrés, chacun de ces éléments étant pourvude patins de contact disposes sur une surface respective, caractérisé en ce que le schéma d'intégration du premier élément à circuits intégrés (201) est essen- tiellement une image réfléchie du schéma d'intégration du second élément (202), et en ce que les deux éléments à circuits intégrés sont montés face à face l'un au-dessus de l'autre, les patins de contact respectifs des deux éléments étant alignés entre eux. 9. Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte un substrat (200) disposé entre les deux éléments à circuits intégrés (201 et 202) et en ce qu'une interconnexion électrique des patins de contact desdits éléments est réalisée par des pistes conductrices (203) à travers l'épaisseur du substrat. 10. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac- térisé en ce que le substrat (20, 200) est en silicium.