Brevet FR2630859A1 — publié le 19891103

BOTTIE# CERAMIQUE MULTICOUCHES A PLUSIEURS PUCES DE CIRCUIT-INTEGRE L'invention concerne les boîtiers dtencapsulation de circuitsintégrés, et plus précisément les boîtiers céramiques multicouches, c'est-A-dire des boîtiers comportant plusieurs couches conductrices métalliques séparées par des couches diélectriques en matériau résistant à des températures élevées. Ces boîtiers sont utilisés pour des composants complexes devant résister å des conditions d'environnement sévères. Les circuits électroniques qu'on cherche å intégrer dans un composant unique sont aujourd'hui de pulls en plus complexes. On essaye d'intégrer, dans un boîtier unique de quelques centimètres de côté des systèmes très complexes de traitement de données, par exemple un microordinateur remplissant toutes les fonctions habituelles des microordinateurs, et comprenant donc par exemple un microprocesseur, une mémoire morte de programmes, des mémoires vives de travail, et des interfRees d'entrée/sortie pour la connexion avec des périphériques. Plutôt que d'intégrer sur une seule puce de circuit-intégré ces différents circults, ce qui aboutirait A une . puce de très grande dimension donc A des rendements de fabrication très faibles et A un coût global élevé, on a dejå proposé de réaliser une puce pour chacun des composants principaux, et un boîtier céramique multicouche A plusieurs cavités pour loger l'ensemble de ces puces. Par exemple, le brevet GB 2 083 285 décrit un boîtier céramique multicouche A quatre cavités, destine A loger quatre puces de mémoire vive pour former un composant unique ayant une capacité de mémoire quatre fois superiell re A ce que donnerait un. boîtier ne comprenant que l'une des puces de ménioire. L'avantage de l'utilisation d'un boîtier unique réside dans la diminution du poids et du volume des composants, ce qui est particulièrement appréciable pour des équipements embarqués (aéronautiques ou spatiaux) et plus généralement chaque fois que l'on cherche une miniaturisation (équipements portables, etc.). D'autre part, avec un boîtier unique on augmente les vitesses de transfert de données entre les différents éléments de circuit puisque les éléments sont plus proches les uns des autres et que les inductances et capacités de connexions sont donc réduites; on augmente donc la vitesse de traitement global des infor.ma- tions, ce qui est souvent recherché. Mais, lorsqu'on cherche å réduire l'encombrement des circuits, on se heurte au problème de 1R dissipation thermique car la chaleur engendrée par les courants électriques circulant dans les circuits est concentrée dans un tres petit volume et tend A faire monter la température des composants d'une manière inacceptable. Selon l'invention, on propose de monter plusieurs puces de cfrcuit-intégré dans un boîtier comprenant un groupe de cavités formées dans la surface supérieure du boîtier et un groupe de cavités formées dans la surface inferiellre du boîtier, avec une puce dans chaque cavité, les cavités de la surface supérieure étant espacées les unes des autres et~ placées en quinconce par rapport aux cavités de la surface inférieure, c'est-A-dire que les cavités de la surface supérieure sont espacées les unes des autres, de même que les cavités de la surface inférieure, et les cavités situées d'un côté sont en vis-fr-vis d'intervalles entre des cavités situées de l'autre côté. Dans l'exemple qui sera en décrit en détail, -le boîtier est carré; il y a une cavité centrale et des cavités aux quatre coins d'un côté du boîtier; et il y a quatre cavités situées approximativement chacune au milieu d'un côté du carré de l'autre côté. Grâce à cette disposition, on évite une accumulation de chaleur trop jnportante qui se produit par exemple dans des boîtiers tels que celui du brevet anglais précité où les cavités du dessus sont exactement en regard des cavités du dessous. 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, en perspective vue de dessus et en perspective vue de dessous, un boîtier selon l'invention; - la figure 2 représente une vue de dessus plane du boîtier; - la figure 3 représente une coupe transversale du boîtier monté sur une carte de circuit imprimé pourvue de moyens pour améliorer la dissipation thermique. Le boîtier de la figure 1 est vu en perspective, en vue de dessus sur la partie supérieure de la figure, et en vue de dessous sur la partie inférieure. Dans l'exemple représenté, il s'agit d'un boîtier carré 10 destiné au montage en surface sur une plaque de. circuit imprimé, les connexions extérieures 12 du boîtier présentant une partie verticale le long de la hauteur du boîtier, et, à chaque extrémité une partie horizontale repliée perpendiculairement à la partie verticale, l'une des extrémités étant soudée à la surface supérieure du boîtier et l'autre étant repliée dans le plan de la face inférieure du boîtier et étant destinée à être soudée au circuit imprimé. Le boîtier est un boîtier de céramique multicouche, réalisé par un empilement de couches isolantes portant des conducteurs imprimés par sérigraphie ou photogravure. Par exemple, le boîtier est réalisé par un empilement de feuilles d'alumine crue portant des conducteurs de tungstène sérigraphiés, ces feuilles étant ensuite cuites ensemble à haute température (cdcuisson). Le choix de la matière constitutive du boîtier est dicté par les caractéristiques de conduction thermique de cette ma tière; l'alumine est un bon conducteur thermique, isolant électrique. Les conducteurs imprimés d'une couche peuvent être reliés électriquement aux conducteurs imprimés des autres couches par des passages ou vias conducteurs traversant localement les cou ches isolantes. Tous ces conducteurs servent d'interconnexion pour relier les différentes puces entre elles et pour les relier aux connexions extérieures 12. Les conducteurs de connexion internes sérigraphiés ne sont pas visibles sur la figure 1. A. la surface supérieure du boitier on a prévu des cavités destinées à contenir en principe chacune une puce de circuit-intégré. Dans l'exemple décrit, il y a cinq cavités : une cavité centrale 14 destinée a contenir par exemple un microprocesseur et une cavité 16 à chacun des quatre coins du boîtier qui a une forme carrée. Les cavités 16 peuvent contenir chacune par exemple une mémoire. Les cavités sont réalisées lors de l'empilement des couches Isolantes imprimées : les feuilles d'alumine sont percées d'ouvertures dont l'empilement définit la forme et la position des cavités. Les cavités ont une forme cIassiq#ie de cuvette à gradins, les gradins correspondant aux différentes couches isolantes et portant des extrémités de conducteurs imprimés qui sont reliées (par exemple par des fils d'or ou d'aluminium) aux puces de circuit-intégré (non représentées) qui seront logées dans ces cavités. De la même façon, des cavités 18 sont formées à la surface inférieure du boîtier. Ces cavités sont situées, dans l'exemple représenté, le long des bords du boîtier, chacune au milieu d'un bord respectif. Les cavités 18 peuvent contenir chacune un circuit périphérique de microprocesseur, par exemple un circuit d'interface série ou parallèle. Par conséquent, conformément à la présente invention, les cavités de la face supérieure sont espacées les unes des autres et les cavités de la face inférieure sont situées en quinconce par rapport å celles de la face supérieure: les cavités 18 situées au milieu des bords du boîtier ne sont pas situées au dessous des cavités 16 qui sont dans les coins, et ne sont pas non plus situées au dessous de-la cavité centrale 14. Sur la figure 2, on volt clairement cette disposition en quinconce: les cavités 14 et 16 de la face supérieure sont dessi nées en traits pleins, et les cavités de la face inférieure sont dessinées en traits pointillés. On peut prévoir que la face supérieure comporte un nombre de cavités différent de cinq et que la face inférieure comporte un nombre de cavités différent de quatre. On peut prévoir aussi que seules les puces consommant le plus de puissance sont agencées selon l'invention en quinconce entre la face supérieure et la face inférieure, et que d'autres puces. consommant moins de puissance et ne posant pas de problème crucial de dissipation thermique, sont disposées -en regard les unes des autres comme dans le brevet anglais précité. Enfin, lorsqu'on dit que les cavités ne sont pas en regard les unes des autres, cela veut dire qu'eUes sont centrées à des endroits qui sont décalés les uns par rapport aux autres, mais cela ne veut pas dire qu'il n'y ait obligatoirement aucun recouvre ment entre les cavités; l'essentiel est que les puces de circuit-inté gré. placées en principe au centre de leur cavité respective ne soient pas en regard d'une puce placée de l'autre côté. A la figure 3, on voit le boîtier selon l'invention, en coupe transversale, monté sur une plaque de circuit imprimé 20 en verre époxy percé de trous 22 au dessous du boîtier; ces trous sont remplis d'une substance conductrice de la chaleur et ils constituent donc des puits thermiques par lesquels la chaleur engendrée par les puces peut être mieux évacuée à travers la carte imprimée. Des puces semiconductrices 26, 28 ont été représentées dans les cavités du boîtier. On peut remarquer sur la figure 1 que les cavités sont fermées par un capot de protection électrostatique 24. Un dissipateur thermique convectif 30, å ailettes, est fixé sur la surface supérieure du boîtier pour améliorer la dissipation thermique par le haut. On aboutit ainsi à un montage de composant particulièrement efficace du point de vue de la complexité des circuits qu'on peut intégrer dans un seul boîtier, du point de vue de l'optimisation des coûts de fabrication, et du point de vue de la dissipation thermique donc de la fiabilité du composant. REVENDICATIONS 1. Boîtier d'encapsulation pour circuits-intégrés, compre nant un groupe de cavités (14, 16) formées dans la surface supérieure du boîtier et un groupe de cavités (18) formées dans la surface inférieure du boîtier, avec une puce dans chaque cavité, les cavités de la surface supérieure étant espacées les unes des autres et placées en quinconce par rapport aux cavités de la surface inférieure. 2. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend d'un côté une cavité centrale (14) et des cavités (16) aux quatre coins du boîtier, et, de l'autre côté, quatre cavités situées approximativement chacune au milieu d'un côté du boîtier. 3. Boîtier selon l'une des revendications 1 et 2, caractéri- sé en ce qu'il est réalisé sous forme de boîtier céramique multicouche.