Brevet FR2622346A1 — publié le 19890428

La présente invention a trait d'une façon générale aux condensateurs pour circuits électroniques à haute intégration, et concerne en particulier un nouveau montage d'un condensateur en association avec un microcircuit ou puce monté par exemple par soudage sur une carte de support telle qu'un circuit imprimé. Dans la technique antérieure, un condensateur, tel qu'un condensateur de découplage d'alimentation, par exemple de type céramique monolithique à bornes de connexion faciales, est rapporté sur la carte à proximité du micro-circuit. On a représenté sur la figure 1 un exemple d'un tel montage. La carte 10 comporte à sa surface supérieure deux zones ou pistes conductrices 12, 14 correspondant respectivement à la masse et à la tension d'alimentation du micro-circuit 40. Le micro-circuit 40 comprend à sa surface inférieure une couche conductrice 42 formant borne de masse en contact électrique avec la masse 12 et, à sa surface supérieure, une série de plots de connexion 44 parmi lesquels le plot extrême gauche 44a doit recevoir la tension d'alimentation. Le condensateur de découplage 20 est disposé sur la carte 10 à coté du micro-circuit. Sa borne latérale 26 est reliée, ici par soudage, à la piste 14, tandis que sa borne 24 située sur sa face latérale opposée est reliée à la masse 12. Enfin, un fil électrique 32 relie la borne positive 26 du condensateur (ou alternativement la piste 14) au plot 44a du micro-circuit 40. Cependant, cette solution classique présente un certain nombre d'inconvénients : d'une part, le montage des composants côte-à-côte est encombrant et donc désavantageux du point de vue de la miniaturisation; d'autre part, il nécessite entre le condensateur et les bornes d'alimentation du micro-circuit des connexions de longueur relativement grande qui induisent des phénomènes d'inductance et de résistance en ligne. Ces phéncéénes prennent toute leur ortare dans le découplage des circuits électroniques numériques, dont la fréquence de travail (fréquence d'horloge) est de plus en plus élevée. Ainsi, la présente invention vise principalement à proposer un nouveau condensateur destiné à être associé à un micro-circuit actif ou puce, qui permette de minimiser l'encombrement en surface de ces deux composants. Un autre objet principal de l'invention est de proposer un condensateur permettant une réduction au minimum de la longueur des liaisons entre le condensateur et les bornes d'alimentation du micro-circuit, pour ainsi notamment favoriser l'action de découplage. A cet effet, la présente invention concerne un condensateur destiné à être associé à un micro-circuit électronique ou analogue comportant une surface conductrice de base constituant l'une de ses bornes de raccordement, du type comprenant une structure sandwich de feuilles conductrices et de feuilles diélectriques alternées et deux bornes de connexion s'étendant à la périphérie de ladite structure sandwich, caractérisé en ce que chaque borne comprend une partie de connexion avec les feuilles conductrices#s'éten- dant transversalement auxdites feuilles dans deux régions de bords opposés de ladite structure et une partie inférieure de connexion avec des zones conductrices respectives formées sur un substrat, et en ce que l'une des deux bornes comprend une partie supérieure de connexion avec ladite surface conductrice de base du micro-circuit, de telle sorte que le condensateur peut être monté en sandwich entre le substrat et le micro-circuit en établissant entre eux au moins une connexion. Des aménagements préférés du condensateur selon l'invention sont les suivants - ses dimensions en plan sont approximativement égales à celles du micro-circuit, - ladite partie supérieure de l'une des bornes a des dimensions en plan approximativement égales à celles du micro-circuit, - son autre borne comporte également une par tie supérieure située sur un prolongement latéral de fai ble largeur du condensateur, et destiné à recevoir un fil de connexion avec une autre borne de raccordement du micro circuit, les parties supérieures des deux bornes du conden sateur étant séparées par un espace de faible largeur, - la partie de connexion avec les feuilles con ductrices de ladite autre borne est disposée extérieurement entre ses parties supérieure et inférieure, - la partie de connexion avec les feuilles con ductrices de ladite autre borne comprend au moins un puits métallisé formé dans une partie de l'épaisseur de la structure à partir de sa surface inférieure, à proximité d'un bord opposé à la partie de connexion avec les feuilles conductrices de la première borne, - il a des dimensions en plan précisément égales à celles du micro-circuit, - il est de type céramique multicouche à structure monolithique, - ses bornes sont réalisées en alliage argentpalladium. L'invention concerne égalent un montage d'un microcircuit et d'un condensateur sur un substrat, caractérisé en ce qutil comprend un condensateur du type défini ci-dessus, en ce que le oenden- sateur est monté en sandwich entre le substrat et le micro-circuit, et en ce qu'un fil de connexion de faible longueur est prévu entre une région latérale du condensateur ou une zone conductrice voisine du substrat et une borne supérieure du micro-circuit. Un autre avantage apporté par la présente invention ré side en ce que le condnnsateur,placé au-dessous du micro-circuit, tient lieu simultanément de radiateur de dissipation thermique, qui abaisse la teirature de travail dudit micro-circuit. D'autres aspects et avantages de là présente invention apparatront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisations préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue en coupe transversale schématique d'un montage conforme à la technique antérieure; - la figure 2 est une vue en coupe transversale d'un montage selon une première forme de réalisation de l'invention; - les figures 3a et 3b sont des vues en plan de dessus et de dessous du condensateur utilisé dans le montage de la figure 2; - la figure 4 est une vue en coupe transversale d'un montage selon une seconde forme de réalisation de l'invention; et - les figures Sa et 5b sont des vues en plan de dessus et de dessous du condensateur utilisé dans le montage de la figure 4. On a représenté sur la figure 2 un montage conforme à une première forme de réalisation de la présente invention. Un substrat isolant ou carte, disposé horizontalement et désigné par la référence 100, présente à sa surface supérieure deux zones ou pistes conductrices 102, 104. La piste 104 amène la tension d'alimentation d'un microcircuit intégré, comme on le verra plus loin, tandis que la piste 102 correspond à la masse. Un micro-circuit ou puce 140 et un condensateur 120, utilisé ici pour le découplage de l'alimentation dudit micro-circuit, sont montés sur la carte. Le micro-circuit 140 comporte à sa surface inférieure une couche conductrice 142 destinée à être reliée à la masse et à sa surface supérieure une série de plots 144 destinés à la connexion du micro-circuit avec l'extérieur. Parmi ces plots, celui qui est situé à l'extrême droite sur la figure 2, indiqué en 144a, est destiné à recevoir la tension positive d'alimentation. Conformément à l'invention, le condensateur 120 est destiné à venir se loger entre le substrat 100 et le micro-circuit. Il comprend dans le présent exemple une structure monolithique constituée par des feuilles de céramique et de feuilles conductrices ou électrodes alternées, globalement désignée par la référence 122. Les feuilles sont ici disposées horizontalement. Un premier groupe de feuilles conductrices s'étend jusqu'au bord de gauche de la structure 122, tandis que les feuilles de l'autre groupe viennent jusqu'au bord opposé de ladite structure, à droite sur la figure 2. De cette manière, deux bornes de connexion conductrices peuvent être appliquées sur les faces latérales gauche et droite pour être en contact avec les groupes respectifs de feuilles conductrices. Conformément à l'invention, une première borne 124 du condensateur 120 comprend une partie latérale 124a en contact avec le groupe respectif de feuilles conductrices, une partie supérieure 124b s'étendant sur la majeure partie de la surface supérieure de la structure 122, et une partie inférieure 124c s'étendant sur environ la moitié de la surface inférieure de la structure 122. La seconde borne du condensateur, globalement désignée par la référence 126, comprend une partie latérale 126a en contact électrique avec l'autre groupe de feuilles conductrices de la structure de condensateur, une partie supérieure 126b s'étendant en direction de la partie 124b de l'autre borne, dans une région de bordure laissée libre par cette dernière, ainsi qu'une partie inférieure 126c s'étendant sur environ la moitié de la surface inférieure de la structure 122 laissée libre par la partie 124c de l'autre borne Comme on peut l'observert afin d'éviter que les deux bornes 124, 126 ne viennent au contact l'une de l'autre, il existe un premier espace 128 entre les parties supérieures 124b, 126b des deux électrodes et un second espace 130 entre leurs parties inférieures 124c, 126c. Comme on peut l'observer, le condensateur, dans le plan de la figure 2, présente une longueur légèrement supérieure à celle du micro-circuit, la longueur de la partie supérieure 124b de la borne 124 étant quant à elle sensiblement égale à la longueur du micro-circuit. De préférence, le micro-circuit et le condensateur ont approximativement même dimension dans la direction transversale au plan de la figure 2. Le montage du micro-circuit 140 et du condensateur 120, destiné au découplage de sa tension d'alimentation continue, s'effectue comme représenté sur la figure 2. La caractéristique essentielle de l'invention réside en ce que le condensateur 120 vient prendre place entre le substrat 100 et le micro-circuit 140, et par conséquent, ne vient pas encombrer la carte, ce qui est particulièrement propice du point de vue de la miniaturisation. Plus précisément, le condensateur 120 est tout d'abord fixé sur la carte 100 en une position telle que les zones conductrices 102 et 104 de cette dernière soient respectivement en contact électrique avec les parties inférieures 124c, 126c des deux bornes du condensateur, puis le micro-circuit 140 est fixé sur le dessus du condensateur 120 par sa couche conductrice 142, superposée à la partie supérieure 124b de la borne 124 et en contact électrique avec oelle-ci. Enfin, un fil de connexion 132 est soudé entre la partie supérieure 126b de la borne 126 et le plot d'alimentation 144a du micro-circuit. Le condensateur 120 est ainsi relié aux deux pôles de l'alimentation du micro-circuit 140, en parallèle avec ce dernier. On peut noter qu'en variante, le fil 132 peut être monté entre la zone conductrice 104 du substrat 100 et le plot 144a du microcircuit. Un autre avantage de la présente invention, outre le fait que le condensateur ne vient pas accroitre l'encombrement du micro-circuit sur la carte, réside en ce que la longueur des liaisons électriques entre le condensateur 120 et le micro-circuit 140 est réduite au minimum. Les pertes en ligne par inductance et résistance sont ainsi minimisées, et le découplage au niveau de l'alimentation s'effectue de façon optimale. Ceci permet en particulier, dans le cas des micro-circuits numériques, d'utiliser des fréquences de travail (fréquences d'horloge) plus élevées. Outre, les particularités de l'invention décrites jusqu'à présent, le condensateur 120 est réalisé de préférence par les technologies classiques des condensateurs céramiques multicouches monolithiques à bornes de connexion faciales : les feuilles destinées à former les plaques du condensateur sont rendues conductrices selon des motifs donnés par sérigraphie, puis on réalise un empilage de feuilles conductrices et de feuilles céramiques alternées. Suivent les étapes classiques de mise en pression de la structuremultisandwich obtenue, de cuisson et de métallisation. De préférence, les bornes 124, 126 du condensateur sont réalisées en alliage argent-palladium (80%20%); qui est avantageux en ce que la fixation du condensateur sur la carte 100 et sur le micro-circuit peut être réalisée au choix par soudage, par collage ou par la technique de thermr-carrpression,ou encore par toute autre technique appropriée. En ce qui concerne le procédé de mise en place des bornes sur la structure monolithique 122, on peut par exemple utiliser la technique classique de trempage pour les parties de bords latéraux 124a, 126a électriquement reliées aux feuilles conductrices de la structure 122, tandis que les parties supérieure et inférieure de chaque borne sont avantageusement réalisées par sérigraphie. Un avantage auxiliaire du condensateur à montage "sandwich" de la présente invention réside en ce qu'il constitue, grâce à la bonne conductibilité thermique et à l'épaisseur substantielle de ses bornes 124, 126, un radiateur de dissipation thermique vis-à-vis du microcircuit actif 140. La température de travail de ce dernier est ainsi diminuée. En pratique, on peut réaliser conformément à l'invention des condensateurs céramiques d'une épaisseur de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres, aptes à se loger par exemple sous des micro-circuits ayant des dimensions horizontales de l'ordre de 2 à 20 mm. On peut par exemple, en faisant varier l'épais- seur du condensateur, obtenir des capacités de 10 nF à 100 nF sous une tension nominale de 40v. Comme on l'a indiqué plus haut, il est nécessaire, dans la première réalisation de l'invention, de prolonger le condensateur latéralement, par exemple sur une distance de l'ordre de 0,5 mm, au-delà du bord correspondant du micro-circuit, et ceci afin de maintenir l'isolation électrique requise entre la borne 126 et la couche de masse 142 et de fournir un accès par le dessus à ladite borne 126 pour le raccordement par fil soudé avec le plot 144a du micro-circuit. De préférence, l'espace 128 entre les parties supérieures 124b, 126b des bornes du condensateur à une largeur de l'ordre de 100 à 200 gm. Une telle dimension peut être aisément obtenue par la technique de sérigraphie sus-mentionnée. En référence maintenant aux figures 4, 5a et 5b, on va décrire une seconde forme de réalisation de l'in- vention dans laquelle le condensateur peut avoir des dimensions en plan rigoureusement égales à celles du micro-circuit auquel il est associé, ce qui est encore plus avantageux du point de vue de l'encombrement. Sur ces figures, des éléments ou parties identiques ou similaires à ceux des figures 2, 3a et 3b sont désignés par les mêmes numéros de référence. Comme on peut l'observer sur la figure 4, du fait que le condensateur ne déborde pas vers la droite du micro-circuit 140, et compte tenu du fait que la partie de contact 124b de la borne 124 et sa partie homologue -142 du micro-circuit occupent l'intégralité de la surface supérieure du condensateur, il est impossible d'assurer le contact avec les feuilles conductrices du deuxième groupe de la structure de condensateur multicouche 122 en disposant une borne faciale latérale 126a comme dans le cas de la première forme de réalisation. Ainsi, conformément à cette variante, la seconde borne 126 du condensateur comprend seulement une partie inférieure 126s, destinée à venir au contact de la zone 104 du substrat 100, et un puits ou trou borgne 134 est ménagé à partir de la face inférieure de la structure de condensateur 122 essentiellement sur une grande partie de la hauteur de cette dernière, comme illustré, sans toutefois atteindre la partie conductrice supérieure 124b de la borne 124. Ce trou 134 est métallisé sur toute sa surface (en 126d) de telle sorte qu'un contact électrique est établi entre la borne t26 et le groupe de feuilles conductrices associé. D'une façon générale, la hauteur du trou borgne 134 sera choisie de manière à ce que sa métallisation intérieure établisse un contact avec toutes les feuilles conductrices du groupe considéré de la structure 122. Bien entendu, le motif conducteur des feuilles de l'autre groupe est déterminé de manière à ce qu'aucun contact électrique ne soit établi entre ces feuilles et la borne 126. On a représenté sur la figure 5b, en traits pointillés, un contour possible de ces feuilles conductrices. Elles#présentent chacune une encoche 138 s'étendant à partir du bord de la structure 122 opposé à la borne 124a et jusqu'à la région du puits 134. Les feuilles conductrices de l'autre groupe, devant être en contact avec la borne 126, s'étendent quant à elles sur la majeure partie de la section de la structure multi-couches 22, à l'exception bien entendu de la zone de bordure adjacente à la borne 124a. Le puits 134 peut avoir un diamètre de l'ordre de 0,5 mm et être distant par exemple de 1 à 3 mm du bord de la structure monolithique 122, cette distance étant suffisante pour ne pas fragiliser cette région de bord. Le puits 134 peut être ménagé dans la structure multicouche 122 par exemple par fraisage mécanique après la mise en compression de la structure et avant sa cuisson, ou encore par fraisaae mécanique ou par rayons laser après sa cuisson. Préférentiellement, le condensateur 122 conforme à cette seconde forme de réalisation de l'invention est réalisé comme décrit plus haut, c'est-à-dire par les techniques classiques dans le domaine des condensateurs céramiques multicouches. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus et représentés sur les dessins, mais l'homme de l'art saura concevoir toute variante ou modification conforme à son esprit. En particulier, les indications de formes et de dimensions indiqués dans la description ne doivent pas être considérées comme limitatives. A cet égard, les dimensions verticales de certaines parties du condensateur 120 et du micro-circuit 140 ont été volontairement exagérées sur les dessins par souci de clarté. En outre, on pourra prévoir, pour améliorer la connexion électrique avec les feuilles conductrices, une pluralité de trous borgnes 134 au lieu d'un seul, disposés en des emplacements quelconques. Par ailleurs, les termes "supérieur", "inférieur", "latéral", etc. utilisés tout au long de la description et dans les revendications sont à considérer dans un sens relatif, étant entendu que la carte et les composants peuvent prendre une orientation quelconque, par exemple verticale. Enfin, bien que l'on ait décrit l'invention en relation avec un condensateur de découplage d'alimentation, il est bien entendu que cette application n'est nullement limitative et qu'un condensateur conforme à l'invention peut être utilisée pour toute autre application, notamment filtrage, dans laquelle il doit être associé à un micro-circuit, en liaison ou non avec son alimentation. REVENDICATIONS 1. Condensateur (120) destiné à être associé à un micro-circuit électronique ou analogue comportant une surface conductrice de base constituant l'une de ses bornes de raccordement, du type comprenant une structure sandwich (122) de feuilles conductrices et de feuilles diélectriques alternées et deux bornes de connexion (124, 126) s'étendant à la périphérie de ladite structure sandwich, caractérisé en ce que chaque borne comprend une partie (124a, 126a) de connexion avec les feuilles conductrices s'étendant transversalement auxdites feuilles dans deux régions de bords opposés de ladite structure (122) et une partie inférieure (124c, 126c) de connexion avec des zones conductrices respectives (102, 104) formées sur un substrat (100), et en ce que l'une des deux bornes comprend une partie supérieure (124b) de connexion avec ladite surface conductrice de base (142) du micro-circuit, de telle sorte que le condensateur (120) peut être monté en sandwich entre le substrat (100) et le micro-circuit en établissant entre eux au moins une connexion. 2. Condensateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ses dimensions en plan sont approximativement égales à celles du micro-circuit (140). 3. Condensateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite partie supérieure (124b) de l'une des bornes a des dimensions en plans approximativement égales à celles du micro-circuit (140). 4. Condensateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que son autre borne (126) comporte également une partie supérieure (126b) située sur un prolongement latéral de faible largeur du condensateur, et destinée à recevoir un fil (132) de connexion avec une autre borne (144a) de raccordement du micro-circuit, les parties supérieures (124b, 126b) des deux bornes du condensateur étant séparées par un espace (128) de faible largeur. 5. Condensateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie (126a) de connexion avec les feuilles conductrices de ladite autre borne (126) est disposée extérieurement entre ses parties supérieure et inférieure (126b, 126c). 6. Condensateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie de connexion avec les feuilles conductrices de ladite autre borne (126) comprend au moins un puits métallisé (126d) formé dans une partie de l'épaisseur de la structure (122) à partir de sa surface inférieure, à proximité d'un bord opposé à la partie (124a) de connexion avec les feuilles conductrices de la première borne. 7. Condensateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que qu'il a des dimensions en plan précisément égales à celles du micro-circuit (140). 8. Condensateur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est de type céramique multicouche à structure (122) monolith#ique. 9. Condensateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que ses bornes (124, 126) sont réalisées en alliage argent-palladium. 10. Montage d'un micro-circuit (140) et d'un condensateur (120) sur un substrat (100), caractérisé en ce qu'il comprend un condensateur selon l'une des revendications précédentes, en ce que le condensateur est monté en sandwich entre le substrat (100) et le micro-circuit, et en ce qu'un fil de connexion de faible longueur (132) est prévu entre une région latérale du condensateur ou une zone conductrice voisine du substrat et une borne supérieure (144a) du microcircuit. 11. Montage selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il est réalisé au moins partiellement par thermo-compression. 12. Montage selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que le condensateur est un condensateur de découplage d'alimentation.