Brevet FR2588419A1 — publié le 19870410

1. La présente invention concerne une structure pour le montage d'une puce de circuits intégrés. On décrit des exemples de structures classiques de montage de puces dans un article intitulé "Chip carriers: coming force in Packagingl" ("Supports de puces: entrée en for- ce dans le conditionnement") de Dallas Erickson, publié en mars 1981 dans la revue Electronic Packaging and Production, pages 64 à 80, et dans un article intitulé "Chip Carriers - Their Application and Future Direction" ("Supports de puces - leur application et leur axe futur de développement") de J. W. Stafford, publié en juin 1981 dans la revue IEEE TRANSACTIONS ON COMPONENTS, HYBRIDS, AND MANUFACTURING TECHNOLOGY, VOL., CHMT-4, N 2, pages 195 à 199. Dans les structures classiques décrites, la majeure partie de la chaleur dégagée dans une puce est rayonnée vers l'extérieur par l'intermédiaire d'un substrat en céramique sur lequel la puce est montée. Par conséquent, la quantité de chaleur rayonnée est limitée par le matériau et la configura- tion du substrat, la surface de contact entre la puce et le substrat et autres facteurs, de sorte que la consommation 2. d'énergie de la puce montée sur le substrat est limitée à un maximum à 1 - 2 watts. Cependant, certaines puces de hautes performances qui ont été récemment mises au point pour facili- ter l'intégration et un fonctionnement rapide consomment une puissance de quelques watts ou davantage; en outre, on s'at- tend à voir apparaître dans l'avenir des puces consommant une puissance de plusieurs dizaines de watts. Dans le cas o une puce ayadn dëtëties-performances et une consommation aussi élevée serait montée en employant les structures classiques de montage, sa température s'élèverait au point de dégrader la fiabilité du fonctionnement et même de br ler les circuits construits dedans. Par ailleurs, le substrat en céramique a jusqu'ici été mis en oeuvre avec de l'alumine. Cela est à l'origine d'un autre problème car, comme la température de frittage de l'alumine est supérieure à 14000 C, on ne peut uti- liser l'or et autres métaux dont le point de fusion est bas et la résistance faible pour constituer le matériau formant les câblages à l'intérieur du substrat. Par conséquent, la présente invention a pour objet une structure de montage pour puce exempte des inconvénients exposés ci-dessus des structures classiques. Selon un aspect de la présente invention, on prévoit une structure de montage pour puce comprenant: un substrat comportant une multitude d'électrodes sur sa surface supérieu- re, une multitude de bornes sur sa surface inférieure, et des câblages pour relier électriquement intérieurement les électro- des et les bornes; une multitude de broches montées sur la sur- face supérieure du substrat, une puce de circuits intégrés com- portant une multitude de bornes flexibles à fil qui sont connectées aux électrodes, autour d'une surface inférieure de la puce; et une plaque rayonnant la chaleur qui comporte une multitude d'ouvertures dans lesquelles les broches sont reçues dans une correspondance univoque, ces ouvertures créant un contact avec la surface supérieure de la puce par l'intermé- diaire d'un matériau bon conducteur de la chaleur et étant 3. fixées aux broches par un adhésif. 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 perspective éclatée d'un mode de réalisation de l'invention; et La figure 2 est une vue en perspective d'un substrat utilisé dans ce mode de réalisation. Dans les figures, les mêmes numéros de référence re- présentent des éléments identiques de la structure. En liaison avec la figure 1, un mode de réalisation de la présente invention comprend un substrat 1 de câblage multicouche qui sert de corps pour un support de puce, quatre broches 11 s'étendant vers le haut aux quatre angles de la sur- face supérieure du substrat sur laquelle sont montées une puce 3 et les électrodes de liaison 12, des bornes (non représentées) pour raccordement à des circuits extérieurs (non représentés) montés sur la surface inférieure du substrat 1 à l'opposé de la surface supérieure, et une plaque 2 rayonnant la cha- leur qui comporte des ouvertures 21 alignées respectivement avec les quatre broches 11 des substrats 1. La puce 3 comporte intérieurement une multitude de circuits électroniques et des bornes à fil 31 reliées électriquement aux circuits électroni- ques. On assemble la structure venant d'être décrite de la manière suivante. Le processus commence avec le montage de la puce 3 sur la surface supérieure du substrat 1, puis se poursuit par la liaison des bornes 31 aux électrodes 12. Cette opération est suivie du montage de la plaque 2 rayonnant la cha- leur sur le sous-ensemble constitué par le substrat 1 et la puce 3, les broches 11 étant insérées dans les ouvertures 21. A ce moment là, on place un matériau conducteur de la chaleur, tel que de la soudure, une colle conductrice de la chaleur ou un composé conducteur de la chaleur, entre la plaque 2 et la sur- face supérieure de la puce 3 de manière à les réunir. En outre, on relie rigidement avec un adhésif les broches 11 et les 4. parois des ouvertures 21. Comme les ouvertures 21 de la plaque 2 sont fixées aux broches 11 du substrat 1 suivant la description précé- dente, la puce 3 ne peut s'échapper du substrat 1 lorsqu'on applique horizontalement à la plaque 2 une force extérieure. De plus, même si un radiateur ou élément lourd équivalent est monté sur la plaque 2, cette dernière, qui est rigidement solidaire des broches 11, empêche le bris de la puce 3. En outre, comme la plaque 2 et la puce 3 sont liées ensemble par le matériau conducteur de la chaleur directement et étroitement sur une vaste surface, la chaleur dégagée par la puce 3 est facilement transférée à la plaque 2 par ce matériau conducteur de la chaleur. Cela a pour effet d'amélio- rer remarquablement le rayonnement de la chaleur et par con- séquent permet de monter sur le substrat 1 une puce consommant une puissance élevée. En liaison avec la figure 2, le substrat 1 applicable au présent mode de réalisation de l'invention est constitué d'une section en céramique 10 multi-couche et d'une section de câblage 13 multi-couche à pellicule mince. On décrira en détail un procédé de fabrication du subs- trat 1 utilisé dans le mode de réalisation de l'invention. Comme représenté en figure 2, la section 10 comprend trois feuilles vertes 101, 102 et 103 en composition minérale capa- ble d'être frittée dans l'air à une température inférieure à 14000 C, par exemple, en compositions décrites dans la demande de brevet japonais n 17474/1982. Dans les feuilles vertes 101, 102 et 103 on a ménagé, respectivement, une multitude de trous traversants 6 et 8 à des positions prédéterminées. Une pâte conductrice pour couche épaisse dont le composant principal est l'or est amenée par impression à remplir les trous traversants 6, 7 et 8. Des couches de câblage d'alimen- tation, 22 et 23, sont respectivement imprimées sur les sur- faces des feuilles 101 et 102 en utilisant cette pâte conduc- trice. Les feuilles 101, 102 et 103 sont placées à la suite 5. les unes des autres en étant alignées, puis comprimées de manière à être liées les unes aux autres, et enfin frittées à l'air à une température de 700-900 C pour obtenir la sec- tion 10. Plus spécifiquement, grâce à un tel processus de frittage, les feuilles 101, 102 et 103 sont réunies les unes aux autres alors que, simultanément, la pâte conductrice est brûlée pour donner les couches de câblage 22 et 23 et les câblages 6, 7 et 8 des trous traversants, d'o l'établis- sement des connexions électriques à l'intérieur de la sec- tion 10. Dans la section 10 obtenue à la suite du processus précédent, des parties 9 des câblages 8 des trous traver- sants, mises à nu sur la surface 4 de la section 10, présen- tent un degré important d'ondulation. Par conséquent, après l'opération de frittage, la surface 4 de la section 10 est uni- formisée par polissage. Ensuite, on forme la section 13 en pro- cédant de la manière suivante. Plus spécifiquement, il est généralement peu pratique de placer les parties mises à nu 9 des câblages 8 en correspondance exacte avec une position prévue car la section 10 subit des taux de contraction divers pendant l'opération de frittage. Compte- tenu de ce fait, des zones de couverture 26 sont formées sur la surface 4 de la section 10 pour absorber les erreurs de positionnement. Constituées de pellicules revêtues d'or mises en oeuvre par un procédé de revêtement sélectif, les zones 26 ont chacune des dimensions suffisamment grandes pour tenir compte du décalage maximum éventuel de la position de chacune des parties mises à nu 9. Ensuite, on imprime une pâte isolante minérale sensible à la lumière de façon à recouvrir les zones 26 et la surface 4. On expose cette pâte à la lumière, la développe, puis la fritte à l'air à une température de 900 C pour qu'elle de- vienne une couche isolante 15. Les trous de raccordement ména- gés dans la couche isolante 15 par l'exposition et le développe- ment sont remplis d'une pâte conductrice dont le composant principal est l'or, opération qu'on fait suivre du frittage de la pâte de manière à produire des câblages 18 traversant 6. les trous. Ensuite, on dépose successivement une pellicule de titane de 50 nm d'épaisseur et une pellicule de palladium de 100 nm d'épaisseur par pulvérisation par magnétron sur la quasi-totalité de la surface supérieure de la couche isolan- te 15, formant une pellicule pulvérisée. Cette pellicule est recouverte d'un agent photorésistant, puis est exposée à la lumière et développée afin de produire des ouvertures dans un motif de câblage recherché. Ces opérations sont suivies du dépôt d'une pellicule dorée d'une épaisseur de 5 micromètres par revêtement électrolytique des parties de la pellicule pul- vérisée qui sont exposées par l'intermédiaire des ouvertures, formant des motifs de câblage 14. Avant de brûler la pellicu- le pulvérisée, les motifs respectifs de câblage 14 restent reliés les uns aux autres. La technologie utilisée jusqu'ici pour séparer de tels motifs individuels 14 les uns des au- tres consistait à faire appel à un processus d'attaque chimi- que. Cependant, une telle attaque est fâcheuse car elle provo- que l'attaque des côtés. Dans le présent mode de réalisation de l'invention, les motifs individuels de câblage 14 sont iso- lés les uns des autres non par attaque mais en brûlant la pellicule pulvérisée dans l'air à une température de 9000 C de manière à la transforner par oxydation en isolant. Plus spécifiquement, les parties de la pellicule pulvérisée qui se trouvent juste au-dessous des motifs de câblage 14 ne peuvent être transformées en isolant à cause de la diffusion mutuelle de l'or et du palladium et du titane, c'est-à-dire que seules les autres parties se transforment en isolant lorsqu'el- les sont brûlées. Il en résulte que les motifs individuels de câblage 14 deviennent indépendants les uns des autres, avec les câblages 18 et les motifs 14 maintenus en liaison élec- trique. Il apparaîtra que l'agent photorésistant est égale- ment enlevé par l'opération de brûlage. Ensuite, on imprime la pâte isolante minérale sensi- ble à la lumière de manière à recouvrir les motifs de câbla- ge 14 et la pellicule pulvérisée en procédant de la même 7. manière que ci-dessus, d'o l'obtention d'une couche isolante 17 comportant des câblages 19 dans les trous traversants. On fait suivre cette opération par l'application à la surface de la couche isolante 17 d'une pellicule pulvérisée constituée de titane et de palladium. Alors, on forme sur la pellicule pulvérisée des motifs de câblage 16 en pellicule revêtue d'or. On rend les motifs individuels de câblage 16 indépendants les uns des autres en brûlant la pellicule pulvérisée. On remarque- ra que les épaisseurs de la pellicule pulvérisée et de la pel- licule revêtue d'or ainsi que les processus de leur formation sont exactement les mêmes que dans le cas des motifs de câbla- ge 14. Enfin, on forme les bornes 5 d'entrée/sortie sur la sur- face inférieure de la section 10. Comme on l'a décrit ci-dessus, dans le présent mode de réalisation de l'invention, tous les câblages sont formés en utilisant une pâte conductrice dont le composant principal est l'or de sorte qu'on réduit la résistance du câblage. Les motifs de câblage 14 et 16 sont minuscules et exempts d'attaque latérale car ils ne subissent aucune opération d'attaque. En outre, on peut obtenir des trous de raccordement d'un diamètre aussi petit que 1/4 - 1/5 de ceux formés par la technique d'impression au cadre. Tous ces effets combinés contribuent à l'obtention de câblages de haute densité. Pour résumer, on peut voir que la présente inven- tion permet d'obtenir des couches du câblage d'alimentation et des câblages dans les trous traversants qui peuvent être mis en oeuvre avec un métal ayant un bas point de fusion et une faible résistance, par exemple avec de l'or dans le but de diminuer la résistance de ces câblages car le substrat en céramique multicouche comprenant ces couches de câblage et câblages est constitué d'une composition minérale pouvant être frittée dans l'air à une température inférieure à 1400 C. S'agissant des motifs de câblage 14 et 16, ceux-ci sont formes sans procéder à une opération d'attaque et,par conséquent, sont exempts de l'attaque des côtés, et sont 8. minuscules. En outre, comme les trous de raccordement sont mis en oeuvre avec une pâte minérale isolante sensible à la lumière, ils ont des dimensions plus fines que celles dont on disposait jusqu'ici, facilitant l'obtention d'un câblage de haute densité. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au con- traire susceptible de modifications et de variantes qui appa- raîtront à l'homme de l'art. 9. REVENDICATIONS 1 - Structure de montage pour puce, caractérisée en ce qu'elle comprend: - un substrat (1) ayant une multitude d'électro- des (11) sur sa surface supérieure, une multitude de bornes sur sa surface inférieure et des câblages pour interconnecter in- térieurement électriquement les électrodes et les bornes, - une multitude de broches montées sur la surface supérieure du substrat, - une puce (3) de circuits intégrés comportant une multitude de bornes souples à fil (31) , qui sont connectées aux électrodes, autour d'une surface inférieure de la puce; et - une plaque (2) rayonnant la chaleur qui comporte une multitude d'ouvertures (21) dans lesquelles les broches sont reçues dans une correspondance univoque, ces ouvertures créant un contact avec la surface supérieure de la puce par l'intermédiaire d'un matériau bon conducteur de la chaleur et étant fixées aux broches par un adhésif. 2 - Structure de montage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le substrat (1) comprend: - une section (10) en céramique multicouche, ayant intérieurement des câblages dont le composant principal est l'or, et constituée d'une composition minérale capable d'être frittée dans l'air à une température inférieure à 1400 C, et - une section de câblage (13) multicouche à pellicu- le mince disposée sur la section en céramique.