Brevet FR2581247A1 — publié le 19861031

La présente invention se rapporte d'une façon générale au conditionnement des dispositifs semi-conduc- teurs et, plus particulièrement, au conditionnement de dispositifs semi-conducteurs tels que les circuits inté- grés, qui est destiné à permettre de connecter commodé- ment un dispositif semi-conducteur ou un circuit intégré à des conducteurs qui partent d'un bottier contenant le dispositif semi-conducteur ou le circuit intégré. Au fur et à mesure que les dispositifs semi-con- ducteurs du type discret ou les circuits intégrés sous forme de pastilles ou puces de semi-conducteur sont deve- nus plus compliqués et ont atteint de plus grandes densi- tés de composants, les difficultés que l'on a éprouvées à connecter les puces ou pastilles sur lesquelles les circuits intégrés sont formés aux circuits qui utilisent les composants à circuit intégré se sont accrues en même temps. Un mécanisme typique pour réaliser une interface entre la puce de circuit intégré et un circuit électroni- que prévoit de placer tout d'abord la puce de circuit in- tégré dans un bottier puis de fixer des conducteurs en fil mince entre des parties choisies de la puce et des parties choisies du bottier. Le bottier comprend des con- ducteurs qui partent de ce bottier et qui sont adaptés pour se connecter, par exemple, à l'aide d'un panneau ou d'une plaquette de circuit imprimé, à un dispositif ou circuit électronique. Par exemple, le bottier (avec ses conducteurs) peut être inséré dans des trous traversants d'un panneau de circuit imprimé. Toutefois, la connexion électrique de la puce de circuit intégré aux conducteurs du bottier s'effectuait typiquement à l'aide de conduc- teurs en fil mince. Ces conducteurs en fil mince sont fragiles et se sont révélés relativement difficiles à utiliser pour la connexion entre des régions conductri- ces de la pastille de semi-conducteur et les conducteurs du bottier. En outre, la surface supérieure de la pastil- le, qui contient des surfaces destinées à établir le con- tact électrique avec différents dispositifs ou différen- tes régions semi-conductrices de la puce ou pastille, ne donnait pas une grande souplesse de choix pour l'établis- sement des contacts avec des bottiers possédant des en- sembles de conducteurs de différentes dimensions, ce qui est particulièrement important lorsqu'on augmentait ou qu'on diminuait les dimensions de la pastille en fonc- tion des besoins. Il s'est donc manifesté le besoin d'une techni- que permettant de connecter directement les conducteurs électriques du bottier d'une façon plus sQre et plus fia- ble aux régions conductrices du dispositif à semi-conduc- teur ou de la puce de circuit intégré, de manière à pro- duire une connexion électrique renforcée et à rendre plus facile l'obtention de l'interconnexion électrique. Un but de la présente invention est donc de réa- liser une technique perfectionnée et un procédé corres- pondant pour la fabrication de dispositifs à semi-conduc- teur ou de circuits intégrés. Un autre but de l'invention est de permettre d'obtenir une connexion améliorée entre les électrodes d'une puce de circuit intégré et les conducteurs d'un élément qui la contient. Un but plus particulier de l'invention est de réaliser un bottier perfectionné et un procédé correspon- dant qui utilisent la combinaison de zones de contact élargies d'une puce ou pastille et de parties de conduc- teurs à extrémités repliées du bottier muni d'un ensem- ble de conducteurs, pour rendre plus fiables les con- tacts électriques établis entre les conducteurs de l'en- semble de conducteurs et les zones de contact élargies de la pastille. Un autre but de l'invention est de réduire les coûts de fabrication en prévoyant la combinaison de zo- nes de contact élargies d'une puce ou pastille et de par- ties de conducteurs à extrémités repliées du bottier muni d'un ensemble de conducteurs, de manière à permet- tre d'utiliser différentes dimensions de puces ou pastil- les avec le même bottier. Un autre but particulier de l'invention est de réaliser un procédé pour fixer directement les conduc- teurs d'un bottier à une puce de circuit intégré. Un autre but particulier de l'invention est de réaliser un contact direct entre les conducteurs d'un bottier et les électrodes d'une puce de circuit intégré dans un dispositif dans lequel les conducteurs et les électrodes puissent être revêtus d'une matière appro- priée pour faciliter l'interconnexion électrique. Ces buts de l'invention ainsi que d'autres sont atteints, selon la présente invention, en munissant une puce de circuit intégré d'une couche de matière isolante et en déposant un groupe d'électrodes relativement gran- des sur la couche de matière isolante. Ces grandes élec- trodes sont connectées aux électrodes du circuit intégré et les grandes électrodes sont d'une configuration telle que les conducteurs du bottier qui supporte la puce de circuit intégré soient en contact électrique avec les éléments du bottier tel qu'il est assemblé. Les conduc- teurs du bottier et les grandes électrodes sont de préfé- rence recouverts d'un composé mouillant approprié ou du type pour soudure pour permettre de réaliser une liaison électrique et mécanique appropriée entre ces éléments et les électrodes. Selon un aspect de l'invention, le procédé desti- né à raccorder les électrodes d'une pastille--de-semi-con------- ducteur aux conducteurs d'un bottier qui contient la pas- tille de semi-conducteur comprend les phases consistant à déposer de grandes électrodes connectées électrique- ment à des électrodes présélectionnées de la pastille de semi-conducteur sur une couche isolante, la couche iso- lante étant située sur les électrodes de la pastille et de manière à protéger ces électrodes, à l'exception de la partie des électrodes qui traverse la couche isolante pour entrer en contact avec les grandes électrodes, les grandes électrodes étant directement en contact avec les conducteurs du bottier. Au moins l'un des conducteurs du bottier et les grandes électrodes sont recouverts d'un alliage qui fond à une température relativement basse. Pour réunir les conducteurs du bottier électriquement et mécaniquement aux grandes électrodes, on chauffe l'allia- ge de manière qu'il fonde, qu'il mouille les grandes électrodes, et qu'il réunisse ces dernières aux. conduc- teurs du bottier. Selon un autre aspect, l'invention a pourobjet - un bottier de circuit électronique comprenant une puce de circuit intégré qui comprend un premier groupe d'élec- trodes en contact avec des régions semi-conductrices de la puce. La puce porte un deuxième groupe d'électrodes, plus grandes, positionnées sur une matière isolante qui- recouvre la puce de circuit intégré, à l'exception de parties formant électrodes qui font saillie sur le pre- mier groupe d'électrodes en traversant la couche isolan- te, pour entrer en contact avec le deuxième groupe d'électrodes, plus grandes. Il est prévu un bottier au- quel des conducteurs sont fixés. Des moyens de soudage sont prévus pour connecter électriquement et mécanique- ment les conducteurs au deuxième groupe d'électrodes. Selon un autre aspect, l'invention a pour objet un appareil permettant de connecter une puce de circuit intégré à un circuit électrique, appareil qui comprend des moyens conducteurs présentant des parties adaptées pour assurer le raccordement électrique avec le circuit électrique, et des moyens formant bottier destines-à sup- porter les moyens conducteurs et la puce de circuit inté- gré. La puce de circuit intégré comprend des moyens élec- troniques agrandis pour permettre d'établir le contact électrique avec la puce de circuit intégré. Les moyens conducteurs comprennent d'autres parties qui sont adap- tées pour permettre d'établir une liaison électrique et mécanique avec les moyens électroniques agrandis. Des moyens de soudage sont prévus pour raccorder électrique- ment et mécaniquement les autres parties des moyens con- ducteurs aux moyens électroniques agrandis. Selon un autre aspect, l'invention a encore pour objet un procédé pour connecter électriquement une puce ou pastille de semi-conducteur à des parties d'un ensemble de conducteurs. Le procédé comprend la réalisa- tion d'électrodes agrandies sur la puce ou pastille de semi-conducteur, la réalisation d'extrémités repliées pour les parties de l'ensemble de conducteurs et le posi- tionnement de la puce ou pastille de semi-conducteur dans un bottier qui comprend les parties de l'ensemble de conducteurs, de telle manière que les extrémités re- pliées des parties de l'ensemble de conducteurs soient en contact avec les électrodes agrandies. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés, sur lesquels, la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un ensemble semi-conducteur ou d'une puce de circuit intégré; la figure 2 est une vue de dessus de l'ensemble de la figure 1, comprenant une partie formant substrat sur laquelle l'ensemble puce est de préférence fixé; la figure 3 est une vue en coupe transversale d'une partie de la structure de la figure 2, comprenant la puce et le substrat et une partie d'une structure d'ensemble de conducteurs qu'il s'agit de fixer à l'en- semble puce; la figure 4 est une vue en perspective d'un ty- pe d'ensemble de conducteurs du bottier et de la structu- re de l'ensemble puce et substrat, une partie du bottier étant supprimée pour montrer les relations entre les élé- ments du dispositif fabriqué complété. Sur la figure 1, on a représenté une puce ou pas- tille de semi-conducteur, ou de préférence une puce de circuit intégré 10 selon l'invention. Le circuit intégré lui même est formé dans la puce 10. Un premier niveau d'électrodes ou de métallisation 11 comprend une plurali- té de conducteurs utilisés pour établir la connexion électrique sur diverses régions semi-conductrices du cir- cuiF intégré. Certains des conducteurs ou certaines des électrodes 11 du premier niveau de métallisation deman- dent à être raccordés électriquement aux conducteurs d'un type d'ensemble de conducteurs d'un ensemble bot- tier ou cadre. Les conducteurs du premier niveau de mé- tallisation 11 sont recouverts d'un revêtement isolant 12, par exemple en dioxyde de silicium ou en une autre matière isolante appropriée quelconque, déposé sur ces conducteurs. Un deuxième niveau de métallisation 13 est ensuite déposé et réparti sur le revêtement isolant 12. Le deuxième niveau de métallisation 13 contient un grou- pe d'électrodes élargies et il est en outre raccordé électriquement, par l'intermédiaire de zones ou parties 14 qui traversent le revêtement isolant 12, à des élec- trodes 11 sélectionnées ou prédéterminées du premier ni- veau de métallisation du circuit intégré. Le groupe d'électrodes agrandies facilite le contact avec les con- ducteurs de l'ensemble de conducteurs et permet en outre aux conducteurs de l'ensemble de conducteurs d'entrer en contact avec les électrodes agrandies ou plots, même si les dimensions de la puce ou pastille sont augmentées ou diminuées (puisque seule la région de contact entre les conducteurs de l'ensemble de conducteurs et les plots agrandis varierait avec les dimensions variables de cet ensemble tandis que le contact électrique serait encore réalisé grace aux plots agrandis). Les diverses régions semi-conductrices (de type N ou P) de la puce ou pastil- le de semi-conducteur 10 ne sont pas représentées mais elles seraient en contact avec les électrodes 11. On se reportera maintenant à la figure 2, sur laquelle on a représenté une vue de dessus de la pastil- le 10 qui contient le circuit intégré. On peut voir les électrodes agrandies 13 du deuxième niveau de métallisa- tion (qui sont de préférence présentées sous la forme de huit secteurs, un pour chacune de huit connexions) ainsi que le revêtement isolant 12 sous-jacent. La pastille de semi-conducteur 10 est représentée disposée sur une la- melle ou partie de substrat 15. On se reportera maintenant à la figure 3, sur laquelle on a illustré le positionnement relatif de la partie substrat 15 et de la pastille 10 dans un ensemble fabriqué, qui montre une partie de cet ensemble pour dé- crire la technique d'interconnexion selon l'invention. Les parois 20 du bottier sont traversées par des conduc- teurs électriques ou par des parties d'un ensemble de conducteurs 21. A l'intérieur du bottier, les conduc- teurs 21 sont repliés ou munis de parties terminales re- pliées destinées à établir le contact avec les électro- des agrandies 13 du deuxième niveau de métallisation lorsque l'ensemble pastille/substrat est positionné dans le bottier. En outre, les électrodes agrandies 13 du deuxième niveau de métallisation et des conducteurs 21 associés au bottier portent de préférence une couche de revêtement 22 faite d'un alliage ou composé étain/plomb, qui est fixée ou déposée sur ces électrodes ou conduc- teurs. On se reportera- maintenant à la figure 4, qui -est une vue en-perspective éclatée du dispositif termi- né. Lorsque l'ensemble de la pastille et du substrat est en position dans le cadre du bottier, les conducteurs 21, qui sont fixés au cadre 20 et traversent ce cadre, présentent des parties terminales repliées destinées à établir un contact physique avec les électrodes agran- dies 13 du deuxième niveau de métallisation. Les parties terminales repliées des conducteurs 21 sont de préféren- ce formées avant le positionnement de la pastille 10 dans le bottier, mais si on le désire, les parties termi- nales repliées des conducteurs 21 peuvent être formées après que la pastille 10 a été placée dans le bottier. En outre, le substrat 15 peut éventuellement faire par- tie du bottier et la pastille 10 peut alors être posée sur ce substrat et de préférence fixée à celui-ci. Un bottier pour circuit intégré doit posséder des conducteurs d'une durée acceptable pour la fixation aux régions conductrices du circuit dans lequel ils doi- vent être utilisés, par exemple dans une prise d'un pan- neau ou d'une plaquette de circuit imprimé. Dans -le---mon- tage typique, des fils sont raccordés électriquement aux électrodes disposées dans un premier niveau de métallisa- tion d'une puce de circuit intégré et raccordées électri- quement aux conducteurs_électriques du bottier. Ce type de montage selon la technique antérieure, dans lequel des fils sont fixés à la puce de circuit intégré est ty- piquement fragile et difficile à connecter. L'invention résout ce problème de raccordement électrique en --utili- sant des électrodes agrandies formées dans un deuxième niveau de métallisation, qui contient des conducteurs/- électrodes possédant une plus grande surface que les con- ducteurs/électrodes de la puce qui sont situés dans le premier niveau de métallisation. Les conducteurs du bot- tier sont placés en contact direct,- physique et électri- que, avec les conducteurs/électrodes agrandis du deuxi- me niveau de-métallisationm Grâce aux dimensions-de-ces----- électrodes agrandies, onpeut utiliser des puces ou pas- tilles de différentes dimensions avec le même bottier et les délicats problèmes de connexion qui résultent du rac- cordement électrique entre les petits conducteurs en fil de l'ensemble typique de la technique antérieure sont ainsi résolus. En outre, les électrodes du deuxième ni- veeu de métallisation, de même que les conducteurs péri- phériques situés à l'intérieur du cadre, portent un revê- tement fait d'un alliage ou composé plomb/étain (par exemple 90 % plomb10 % étain ou 95 % plomb-5 % étain) sur leur surface. Lorsque les conducteurs/électrodes et les conducteurs du cadre sont en contact, on apporte une quantité de chaleur modérée, par exemple en plaçant le beîtier dans un four et en chauffant l'intérieur du four à une température suffisante pour assurer la liquéfac- tion du revêtement de matière de soudure, ce qui provo- i0 que l'écoulement de la matière de soudure et la forma- tion consécutive, après le refroidissement de la matière de soudure et le mouillage des régions en contact (les parties terminales repliées des conducteurs 21 en con- tact avec les électrodes agrandies 13), d'un bon contact 1.5 électrique ainsi que d'un raccordement mécanique renfor- cé. On obtient ainsi un procédé efficace et structu- rellement robuste pour le raccordement d'une pastille de semi-conducteur ou d'une puce de circuit intégré aux con- ducteurs d'un bottier. Le résultat réside dans une amélioration de la possibilité de réaliser de façon fiable une interface électrique entre une puce ou pastille de semiconducteur ou un circuit intégré et un circuit électrique exté- rieur. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs et procédés qui viennent d'être décrit uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'in- vention. REVEND ICAT IONS 1 - Procédé pour raccorder les électrodes, d'une pRastiip de semiconducteur aux conducteurs d'un bottier qu contient ladite pastille, caractérisé en ce qu'il co-ip'nd les phases consistant à: - dépcser de grandes électrodes (13), connec- té-s électr quement à des électrodes présélectionnées (11) de ladlte pastille (10), sur une couche isolante 12), ladite couche isolante (12) étant située sur lesdi- tes Électrodes (11) de la pastille (10) (ou puce de cir- cuit integr-) et pour protéger ces électrodes, à l'excep- tion les parties des électrodes (11) qui traversent la couche isolante (12) pour entrer en contact avec lesdi- tes grandes électrodes (13), lesdites grandes électrodes (13) étant en contact direct avec lesdits conducteurs (21) d'u bottier (20); - revêtir au moins l'un desdits conducteurs ó21) dudit bottier (20) et l'une desdites grandes élec- -rod.s - raccorder électriquement et mécaniquement les- dits conducteurs (21) du bottier (20) auxdites grandes électrodes (13) en chauffant ledit alliage (22) de mani- ère qu'il s'écoule, et qu'il mouille lesdites grandes électrodes '13) et les connecte audit bottier (20). 2 - Procédé selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que ladite phase de revêtement consiste à revê- tir lesdits conducteurs (21) du bottier (20) et desdites grandes électrodes (13) dudit alliage (22). 3 - Bottier de circuit électronique, caractéri- 3. sé en ce qu'il comprend: - une puce de circuit intégré (10) comprenant un premier groupe d'électrodes (11) en contact avec des réegons semi-conductrices de ladite puce (10), ladite pu- ce (10) possédant un deuxième groupe d'électrodes (13) 1l plus grandes, positionnées sur une matière isolante (12) qui recouvre ladite puce de circuit intégré (10), à l'ex- ception des parties des électrodes (11) qui partent du premier groupe d'électrodes (11) en traversant ladite couche isolante (12) et sont en contact avec ledit deuxi- ème groupe d'électrodes (13) plus grandes; - un bottier portant des conducteurs (1) fixés à ce bottier; et - des moyens de soudage (22) destinés à relier électriquement et mécaniquement lesdits conducteurs (21) audit deuxième groupe d'électrodes (13). 4 - Bottier de circuit électronique selon la re- vendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de soudage (22) sont constitués par une matière de soudure plomb/étain, - Appareil destiné à raccorder une puce de circuit intégré à un circuit électrique, caractérisé en ce qu'il comprend: - des moyens conducteurs (21) possédant des par- ?0 ties destinées à se raccorder électriquement audit cir- cuit intégré (10); - des moyens formant bottier (21) destinés à supporter lesdits moyens conducteurs (21) et ladite puce de circuit intégré (10), ladite puce de circuit intégré (10) comprenant des moyens formant des électrodes agran- dies (13) pour permettre d'établir le contact électrique avec ladite puce de circuit intégré (10), lesdits moyens conducteurs (21)-possédant d'autres parties destinées à établir le contact électrique et mécanique avec--lesdits.-. moyens (13) formant les électrodes agrandies lorsque la- dite puce de circuit intégré (10) est accouplée auxdits - moyens formant bottier (20); et - des moyens de soudage (22) destinés à accou- pler électriquement et mécaniquement lesdites autres par- ties desdits moyens conducteurs (21) auxdits moyens for- mant des électrodes agrandies (13). 12 2581247 6 - Appareil selon la revendication 5, caracté- risé en ce que ladite puce de circuit intégré (10) est accouplée à un substrat (15), ledit substrat (15) étant accouplé auxdits moyens formant bottier (20). 7 - Appareil selon la revendication 5, caracté- risé en ce que lesdits moyens conducteurs (21) sont cons- titués par un ensemble de conducteurs (21) et en ce que lesdits moyens formant les électrodes agrandies (13) sont fixés audit ensemble de conducteurs. 8 - Appareil selon la revendication 7, caracté- risé en ce que les conducteurs (21) dudit ensemble de conducteurs s'étendent à l'intérieur desdits moyens for- mant bottier (20). 9 - Appareil selon la revendication 5, caracté- risé en ce que lesdites autres parties desdits moyens conducteurs (21) ont une partie d'extrémité repliée, une partie terminale de ladite - partie d'extrémité repliée étant en contact électrique et mécanique avec lesdits moyens formant les électrodes agrandies (13). 10 - Procédé pour raccorder électriquement une pastille de semi-conducteur (10) à des parties d'un en- semble de conducteurs (21), caractérisé en ce qu'il com- prend les phases consistant à: - réaliser des électrodes agrandies (13) sur la- dite pastille de semi-conducteur (10); - réaliser des extrémités repliées pour lesdi- tes parties de l'ensemble de conducteurs (21); et - positionner ladite pastille de semi-conduc- teur (10) dans un bottier (20) qui comprend lesdites par- ties de l'ensemble de conducteurs (21) de telle manière que lesdites extrémités repliées desdites parties de l'ensemble de conducteurs (21) et lesdites électrodes agrandies (13) soient en contact entre elles.