Brevet FR2616963A1 — publié le 19881223

BOITIER CERAMIQUE MULTICOUCHES L'invention concerne les boîtiers d'encapsulation de circuit-intégrés, et plus précisément les boîtiers céramiques multicouches, ctest-à-dire des boîtiers comportant plusieurs couches conductrices métalliques séparées par des couches diélectriques en matériau résistant aux températures élevées. Ces boîtiers sont utilisés pour des composants complexes devant résister à des conditions d'environnement sévères. Parmi les conditions auxquelles les composants doivent résister, il y a -les conditions de température et c'est pourquoi on choisit comme matériau constitutif du boîtier un diélectrique résistant aux températures élevées tel que de l'alumine. Il y a aussi les conditions de fonctionnement électrique et il est impératif que les circuits soient alimentés par des bornes d'alimentation découplées les unes par rapport aux autres par des capacités dites "capacités de découplage". Ces capacités de découplage ont pour fonction d'absorber les surtensions parasites susceptibles d'être engendrées sur les lignes d'alimentation du fait de leur inductance propre, et de fournir les pointes de courant d'alimentation apparaissant lors des transitions logiques du circuit. Le plus souvent les puces de circuit-intégré sont soudées sur une embase diélectrique multicouche (alternance de couches diélectriques et de couches conductrices sérigraphiées sur les couches diélectriques), et les capacités sont formées à l'intérieur d'un capot de protection qui recouvre les puces et est soudé sur la surface supérieure de l'embase portant les puces. Mais cette disposition oblige å constituer un capot complexe et coûteux incorporant des capacités formées de céramiques. multicouches, avec des moyens d'interconnexion entre ces capacités du capot et les connexions d'alimentation formées dans l'embase. La présente invention a pour but de proposer un type de boîtier céramique multicouches incorporant des capacités de découplage, ces capacités étant des capacités individuelles à deux bornes pouvant être soudées à des connexions reliées aux lignes d'alimentation du circuit-intégré. Un autre but de l'invention est de réduire le coût et l'encombrement du boîtier. Pour y parvenir, la présente invention propose un boîtier dont la face arrière comporte des logements borgnes pour recevoir les capacités, le fond de ces logements étant situé dans le plan d'une couche conductrice interne du boîtier multicouches et les bornes de la capacité étant en contact dans le fond des logements avec des connexions reliées å des lignes d'alimentation qui doivent être découplées par ces capacités. La couche conductrice interne est de préférence une couche d'alimentation sur laquelle on veut obtenir le minimum d'inductance; ce peut être une couche de masse. Cette couche correspond donc au niveau des connexions intérieures du boîtier d'où partent les fils de connexion vers le circuit-intégré pour cette alimentation.Ainsi le découplage par les capacités se trouvera au plus près du circuit-lntégré, ce qui est souhaitable. De plus, cette couche conductrice est en général disposée annulairement, c'est-à-dire tout autour de la puce, et le découplage est donc d'autant mieux réparti sur l'ensemble des capacités de découplage que l'on prévoit tout autour de la puce. Plus précisément, le boîtier de circuit-intégré céramique multicouches selon l'invention comporte plusieurs couches conductrices séparées par des couches diélectriques céramiques, l'une au moins des couches conductrices servant notamment à transmettre un premier potentiel d'alimentation au circuit-intégré, et une autre couche étant prévue pour amener un deuxième potentiel d'alimentation, avec des vias entre les couches pour faire revenir le deuxième potentiel vers le niveau de la première couche, et des logements borgnes pour des capacités de découplage étant prévus à l'arrière du boîtier, le fond de ces logements correspondant au niveau de la première couche, des plages de contact étant prévues au fond du logement, une plage étant reliée au premier potentiel, une autre au second potentiel pour permettre un contact entre ces plages et les électrodes des capacités lorsque celles-ci sont placées dans les logements. De préférence, les logements borgnes sont remplis de matière plastique Isolante tel que du polyimlde après mise en place des capacités, D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente une coupe latérale schématique partielle d'un boîtier céramique selon l'invention;; - la figure 2 représente une vue de dessous de ce boîtier, avec les logements des capacités de découplage répartis autour du boîtier et les plages de contact au fond des logements pour ces capacités - la figure 3 représente une vue en coupe dans un plan parallèle au fond du boîtier, la coupe étant faite à travers le premier niveau interne d'interconnexlon (niveau du plan de masse a zéro volt) correspondant au plan du fond des logements des capacités de découplage. A la figure 1, on a représenté en coupe transversale une partie de boîtier de circuit-intégré selon l'invention. Le boîtier est réalisé par la superposition de couches diélectriques entre lesquelles sont disposées des couches d'interconnexion conductrices. Les différentes couches diélectriques sont représentées par des zones hachurées avec des hachures de sens alternés pour les différentes couches. Les couches conductrices sont représentées par des traits noirs épais. Dans l'exemple représenté, il y a essentiellement cinq couches diélectriques D1, D2, D3, D4, D5 dans l'ordre en partant du haut et six couches d'interconnexion Ml, M2, M3, M4, M5, M6 situées respectivement au dessus de la couche D1, puis entre les couches D1 et D2, D2 et D3, D3 et D4, D4 et D5, et enfin au dessous de la couche D5. L'interface entre deux couches diélectriques adjacentes est situé à un niveau de hauteur particulier qu'on repérera comme niveau 1 au dessus de la couche D1, niveau 2 entre les couches D1 et D2, niveau 3 entre les couches D2 et D3, etc., jusqu'au niveau 6 au dessous de la couche D5. Le boîtier est réalisé classiquement par sérigraphie de couches métalliques d'interconnexion sur des couches diélectriques telles que de l'alumine puis cocuisson des couches sérigraphiées superposées. Certaines couches peuvent être photogravées au lieu d'être sérigraphiées; c'est la cas de la couche M1 qui présente des motifs d'interconnexion trop fins pour être sérigraphiés. Les couches d'interconnexions d'un niveau peuvent être reliées à celles des autres niveaux par des vias traversant localement la ou les couches diélectriques séparant les niveaux à relier. Un via V1 est ainsi représenté entre une portion de couche métallique du niveau 3 et-la couche M6 du niveau 6. La couche diélectique D5 sert de support pour la puce de circuit-intégré qui sera montée dans ce boîtier,- et la puce est donc posée sur la surface supérieure de cette couche D5 là où la couche D5 n'est pas recouverte par les autres couches diélectriques. La puce est désignée par la référence 10 sur la figure 1. On notera qu'entre les couches diélectriques Dl et D2, on peut prévoir un plan de masse (métallisation M2) relié par des vias à un autre plan de masse qui peut être la métallisation M3. En ajustant l'épaisseur de la couche diélectrique D1, on adapte l'impédance des lignes d'interconnexion du niveau M1. Sur la figure 1, on a encore représenté une connexion extérieure 12 (broche en forme de J ou de L), reliée électriquement à certaines des couches d'interconnexions du boîtier. Un anneau de scellement 14 (en verre ou en Kovar par exemple) est formé à la périphérie de la surface supérieure du boîtier (au dessus de la couche D1), cet anneau servant au scellement d'un capot de protection non représenté recouvrant la puce et les fils de connexion reliant la puce et les interconnexions du boîtier. Des fils d'Interconnexion 16 sont représentes sur la figure. Ils relient par exemple la puce à des plages de contact formées dans les couches d'interconnexion Mi et M3. Selon l'invention, on forme au dessous du boîtier des logements borgnes 18 destinés à recevoir des capacités de découplage qui doivent être reliées à certaines connexions internes, plus précisément à des connexions d'amenée des potentiels dtalimentation de la puce. Dans un: exemple typique, la puce est alimentée par trois potentiels d'alimentation, respectivement un potentiel de 0 volt, un potentiel de 2 volts, et un potentiel de 5 volts. Le potentiel de 0 volt est amené par des Interconnexions formant un plan de masse électrique constitué dans le niveau 3. Le potentiel de 2 volts est amené par l'intermédiafre d'un plan de masse consitué dans le niveau 4, et le potentiel de 5 volts est amené par l'intermédiaire d'un plan de masse constitué dans le niveau 5. Les -capacites de découplage sont connectées de préférence d'une part entre le potentiel de 0 volt et le potentiel de 2 volt et d'autre part entre le potentiel de 0 volt et le potentiel de 5 volts. Plusieurs capacités de découplage sont prévues entre chaque couple de potentiels et ces capacités sont réparties autour de la puce. Autrment dit, des logements 18 sont répartis autour de la puce sur la face arrière du boîtier comme on pourra le voir sur les figures 2 et 3. Le fond des logements 18 affleure sur l'un des niveaux séparant deux couches diélectriques adjacentes, par exemple sur le niveau 3 correpondant au plan de masse de l'alimentation à 0 volt. Dans le fond des logements affleurent des portions de la couche d'interconnexion M3 correspondant à ce niveau. L'une de ces portions est reliée au plan de masse å 0 volt et sert d'électrode pour relier une première borne d'une capacité au potentiel de 0 volt. Une autre portion de la couche M3 est reliée par un via soit au niveau 4 correspondant au plan de masse à 2 volt soit au niveau 5 ccrrespondant au plan de masse à 5 volts, et elle sert d'électrode pour relier une autre borne de la capacité à l'un de ces deux potentiels d'alimentation. La capacité, sous forme d'un composant individuel à électrodes sur une même face n'a plus qu'a être introduite dans le logement, ses électrodes venant en contact avec les portions de couche conductrice affleurant au fond du logement, après quoi le logement peut être rempli de matière plastique de protection (polyamide par exemple). Une capacité 20, avec ses électrodes 22 et 24 affleurant sur sa surface supérieure est représentée à la figure 1. La figure 2 représente une vue de dessous du boîtier selon l'invention, avec les logements 18 répartis à la périphérie du boîtier. En pratique un logement sur deux est réservé à une capacité de découplage entre le potentiel 0 volt et le potentiel 2 volt, et l'autre logement est réservé à une capacité de découplage entre le potentiel 0 volt et le potentiel 5 volt. On aperçoit au fond de chaque logement deux portions de couche d'interconnexion du niveau 3, l'une étant reliée à une ligne d'alimentation à 0 volt et repérée par un O et l'autre étant reliée à une ligne d'alimentation à 2 volts ou à 5 volts et étant repérée par un 2 ou un 5 respectivement. Sur la figure 2 on aperçoit aussi la métallisation ME formant un plan de masse en principe à zéro volt, ce plan de masse étant relié par des vias (indiqués sous forme de points) au niveau 3 d'interconnexion. Cette métallisation M6 sert par exemple de surface conductrice sur laquelle on peut fixer une plaque métallique formant drain thermique. L'alimentation à o volts peut se faire par cette métallisation de face arrière. La figure 3 représente une coupe du boîtier dens un plan contenant la métallisation M3 entre les couches diélectriques D2 et D3. Dans le plan du niveau 3 on trouve d'une part une métallisation générale M30 formant plan de masse à 0 volt et couvrant la majeure partie de la surface, et d'autre part des métallisations distinctes 32 et 35 reliées par des vias respectivement aux lignes d'alimentation à 2 volts du niveau 4 et aux lignes d'alimentation à 5 volts du niveau 5. Les vias sont représentés sur cette figure par des points. Parmi les métallisations M32 et M35 reliées au potentiel 2 volts et au potentiel 5 volts, il y en a qui se situent à l'emplacement des fonds des logements 18. Ces emplacements sont indiqués par des pointillés sur la figure 3. Il y en a d'autres qui constituent des plages de contact non recouvertes par la couche diélectrique D2, ces plages de contact étant soudées aux fils de liaison avec la puce. Les métallisations reliées au potentiel 2 volts sont Indiquées par le chiffre 2, celles reliées au potentiel 5 volt sont indiquées par le chiffre 5. Les logements des capacités sont formées lors de la fabrication du boîtier par la superposition d'ouvertures découpées dans chacune des couches diélectriques D51 D4, D3. le fond des logements est formé par le fait que la couche D2 ne possède pas d'ouverture au même emplacement. REVENDICATIONS l. Boîtier céramique multicouche pour circuit-intégré, caractérisé en ce qu'il comporte une face avant pour recevoir au moins une puce (10) de circuit-intégré et une face arrière pourvue de logements borgnes (18) pour recevoir des capacités (20) de découplage d'alimentations, le fond des logements étant situé dans le plan d'une couche d'interconnexion interne (M3) du boîtier et les bornes des capacités étant en contact dans le fond des logements avec des connexions reliées à des lignes d'alimentation qui doivent être découplées par ces capacités. 2. Boîtier céramique multicouche pour circuit-intégré, comportant plusieurs couches conductrices séparées par des couches diélectriques céramiques, l'une au moins des couches conductrices (M3) servant notamment à transmettre un premier potentiel d'alimentation au circuit-intégré, et une autre couche (M4, M5) étant prévue pour amener un deuxième potentiel d'alimentation, avec des vias entre les couches pour faire revenir le deuxième potentiel vers le niveau de la première couche, et des logements borgnes (18) pour des capacités de découplage (20) étant prévus à l'arrière du boîtier, le fond de ces logements correspondant au niveau de la première couche, des plages de contact étant prévues au fond du logement, une plage étant reliée au premier potentiel, une autre au second potentiel pour permettre un contact entre ces plages et les électrodes des capacités lorsque celles-ci sont placées dans les logements. 3. Boîtier de circuit-intégré selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les logements (18) sont remplis de matière plastique de protection.