Brevet FR2670323A1 — publié le 19920612

PROCEDE ET DISPOSITIF D'INTERCONNEXION DE CIRCUITS INTEGRES EN TROIS DIMENSIONS La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour l'interconnexion de pastilles semi-conductrices empilées, chacune des pastilles contenant un circuit intégré. Il a déjà été proposé de réaliser des empilements de circuits intégrés, comme par exemple décrit dans le brevet américain N O 4 706 166 Selon cette réalisation, les pastilles sont disposées sur un circuit imprimé, accolées les unes aux autres perpendiculairement au circuit imprimé; les plots de connexion de chacune des pastilles sont ramenés sur un même côté de la pastille; ce côté est disposé sur le circuit imprimé et les connexions avec ce dernier y sont réalisées Toutefois, cet arrangement présente notamment des limitations liées au nombre de plots qu'il est matériellement possible de disposer sur un seul côté d'une pastille semi-conductrice; en outre, il est onéreux du fait que les pastilles ne sont pas standard (la disposition des plots doit être modifiée); enfin, les connexions ainsi réalisées sont peu accessibles et de plus non visibles, ce qui en limite l'utilisation. La présente invention a pour objet un dispositif d'interconnexion de circuits intégrés empilés qui évite ces inconvénients et limitations par l'utilisation des faces de l'empilement comme surface d'interconnexion. Plus précisément, les pastilles semi-conductrices sont empilées et rendues solidaires les unes des autres; dans un mode de réalisation, leurs plots de connexion sont chacun reliés à l'une quelconque des faces de l'empilement sauf une, dite base, qui est destinée à être en contact avec un substrat de circuit imprimé La connexion des pastilles entre elles est réalisée sur les faces de l'empilement; le cas échéant, la connexion des pastilles avec le circuit imprimé est réalisée par l'intermédiaire de plots dits d'empilement, formés sur les faces de l'empilement au voisinage des arêtes de la base, les connexions joignant les plots entre eux étant formées sur les faces de l'empilement et certaines d'entre elles au moins étant non rectilignes. D'autres objets, particularités et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, illustrée par les dessins annexés qui représentent: la figure 1, une vue en perspective éclatée d'un mode de réalisation de l'empilement de pastilles semi-conductrices selon l'invention; la figure 2, un exemple de pastille insérée dans l'empilement de la figure précédente; la figure 3, un exemple de réalisation du procédé d'interconnexion d'empilement selon l'invention; la figure 4, une vue en coupe fractionnaire d'un mode de réalisation pratique de l'empilement selon l'invention; la figure 5, un mode de réalisation des connexions des pastilles sur les faces de l'empilement selon l'invention; les figures 6 a et 6 b, des détails de réalisation de la figure précédente. Sur ces différentes figures, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments En outre, pour la clarté des dessins, l'échelle réelle n'est pas respectée. La figure 1 est donc une vue éclatée d'un empilement selon l'invention de pastilles semi-conductrices. Sur cette figure, on trouve donc une pluralité de pastilles semiconductrices P (trois pastilles sur le schéma) disposées parallèlement les unes aux autres; l'empilement est par exemple fermé par une première plaque isolante Fv, formant face avant et une deuxième plaque isolante F, formant face arrière. La figure 2 représente, à titre d'exemple, une pastille semi-conductrice P de l'empilement de la figure précédente. Celle-ci se compose d'une plaquette semi-conductrice dans laquelle est réalisé un circuit intégré quelconque, une mémoire par exemple A la surface de la pastille P, apparaissent des plots PC, disposés au voisinage des bords de la plaquette, permettant la connexion électrique du circuit contenu dans la pastille vers l'extérieur. L'empilement de la figure 1 est, dans ce mode de réalisation, destiné à être disposé sur un substrat de circuit imprimé CI par l'intermédiaire de l'une de ses faces B, appelée base Les faces avant et arrière F V et FR portent des plots PE dits d'empilement, destinés à la connexion de l'empilement vers les autres circuits portés par le circuit imprimé CI Ces plots d'empilement PE sont disposés au voisinage de la base B. La figure 3 illustre un exemple de réalisation du procédé d'interconnexion d'empilement selon l'invention. La première étape, repérée 61, consiste à amener les plots PC des pastilles P sur les faces latérales de l'empile- ment Cette étape est illustrée sur la figure 4, qui est une coupe selon le plan A-A de la figure 1. Sur la figure 4, on retrouve la face avant FV, la face arrière FR et, entre ces deux faces, trois pastilles semi-conductrices P Ainsi qu'il est connu, la surface de chacune de ces pastilles est recouverte d'une couche d'isolant 30, sauf aux endroits des plots de connexion PC Selon l'invention, on connecte un fil conducteur F, par exemple par soudure, sur chacun des plots PC de chacune des pastilles. Lors de l'étape suivante ( 62, figure 3), on réalise l'empilement des pastilles P en dirigeant les différents fils F vers l'une des faces de l'empilement; sur la figure 4 on a, à titre d'exemple, dirigé les fils F représentés vers la même face On procède alors à la solidarisation de l'ensemble à l'aide d'un matériau isolant D, tel qu'une résine époxy Pour la clarté de la figure 4, le matériau diélectrique D n'a pas été hachuré bien que vu en coupe L'empilement est alors découpé ou poli de sorte que les fils F affleurent sur les faces de l'empilement. L'étape suivante ( 63, figure 3) consiste à déposer une (ou plusieurs) couche M conductrice, métallique par exemple, sur l'ensemble des faces de l'empilement ainsi constitué. L'étape suivante ( 64, figure 3) consiste à réaliser sur les faces latérales de l'empilement des connexions reliant les fils F entre eux et aux plots P El La figure 5 représente un empilement selon l'invention sur lequel sont illustrés des exemples de connexions. Sur cette figure, on retrouve l'empilement comportant la face avant FV, la base B la face opposée à la base (face supérieure) étant repérée FS et les deux faces restantes FL étant dites faces latérales On voit les fils F affleurer sur une face latérale FL Ils sont, dans cet exemple, à la fois interconnectés entre eux et reliés à des plots d'empilement PE à l'aide de connexions C On a représenté également, toujours à titre d'exemple, certains fils F affleurant sur la face supérieure FD de l'empilement et reliés chacun à un plot d'empilement PE distinct par une connexion C. Les figures Ga et 6 b illustrent plus en détail la réalisation des connexions C. La figure Ga représente une vue fractionnaire et agrandie d'un morceau de l'empilement de la figure 5, o l'on voit une connexion C et un plot d'empilement P La figure Gb est une vue en coupe selon un axe BB de la figure Ga. Chacune des connexions C est formée par deux gravures 51 et 52, réalisées à l'aide d'un laser qui détruit localement la couche métallique M et fait apparaître la couche isolante D (pointillée sur la figure Ga pour la clarté du schéma), réalisant ainsi l'isolation électrique de la connexion C du reste de la couche M. Les plots d'empilement PE peuvent être avantageu- sement réalisés par la même technique de gravure laser, comme représenté sur la figure Ga. Il apparaît ainsi qu'on a réalisé un empilement de pastilles semiconductrices contenant des circuits intégrés qui peuvent être identiques entre eux ou non, tant sur le plan électrique que sur le plan de la géométrie de la pastille Ces pastilles sont interconnectées entre elles par les faces de l'empilement, sans nécessiter de passage par le circuit imprimé, ce qui permet de diminuer le nombre de plots d'empilement PE ou, inversement, d'augmenter le nombre ou la complexité des pastilles empilables. Egalement, le fait de relier les plots PC des pastilles aux faces de l'empilement par des fils permet de faire émerger ces fils sur n'importe quelle face (hors la base) Dans une variante de réalisation, les fils F peuvent être individuellement isolés De plus, la connexion au circuit imprimé se fait par les plots d'empilement PE qui peuvent être placés sur n'importe laquelle des faces FVI FR ou FL et qui, de ce fait, peuvent être nombreux Enfin, les connexions plots P E -circuit imprimé sont accessibles et visibles, ce qui en diminue le coût et autorise certaines applications, militaires notamment. La description faite ci-dessus l'a été bien entendu à titre d'exemple non limitatif C'est ainsi par exemple que l'empilement a été décrit tel que les pastilles soient perpendiculaires au circuit imprimé mais que l'empilement peut être réalisé dans l'autre sens et les pastilles être parallèles à ce circuit imprimé Egalement, les plots d'empilement PE ont été illustrés sur les faces FV et FR, mais peuvent être disposés sur n'importe laquelle des faces de l'empilement et n'importe o sur ces faces, selon l'application; en effet, lorsque l'empilement est, comme représenté figure 1, destiné à être disposé sur un circuit imprimé, on peut disposer les plots PE sur n'importe quelle face, sauf la base, mais de préférence au voisinage des arêtes de la base; mais il est également possible d'interconnecter deux (ou plus) empilements entre eux, auquel cas les plots P E peuvent occuper n'importe quelle position De la même manière, on a décrit un procédé de réalisation des connexions C par laser utilisant une technique de gravure mais on peut utiliser également une technique de dépôt à l'aide d'un laser; à cet effet, on place l'empilement dans une vapeur organométallique et on chauffe à l'aide du laser la zone o on désire former la connexion; l'échauffement provoque la décomposition de la vapeur et le dépôt du métal à l'endroit voulu; le dépôt d'une couche isolante locale se fait, en tant que besoin, de façon analogue en adaptant la composition de la vapeur Enfin, on a représenté une seule couche de connexions C sur l'empilement, mais on peut en disposer plusieurs (isolées entre elles), par exemple par la technique du dépôt laser décrite ci-dessus, de sorte par exemple à permettre les croisements de connexions. REVEND I CATI O N S 1 Procédé d'interconnexion de pastilles semi- conductrices (P), chacune contenant un circuit intégré et comportant des plots de connexion (Pc), le procédé étant caractérisé par le fait qu'il comporte successivement les étapes suivantes: connexion d'un fil conducteur (F) sur chacun des plots (Pc) des pastilles; empilement des pastilles et solidarisation de ces dernières et des fils dans un matériau isolant (D), de sorte que les fils affleurent les faces de l'empilement; formation de connexions électriques entre les fils sur les faces de l'empilement à l'aide d'un laser, certaines de ces connexions au moins étant non rectilignes. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'étape de formation de connexions électriques se décompose en deux sous- étapes comme suit: dépôt d'une couche conductrice (M) sur l'ensemble des faces de l'empilement; gravure par laser de la couche conductrice pour former des connexions électriques (C) reliant les fils (F) entre eux. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'étape de formation de connexions électriques consiste à disposer l'empilement dans une vapeur organométallique puis à chauffer par laser localement les surfaces destinées à former les connexions, y provoquant un dépôt métallique. 4 Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lors de l'étape de formation de connexions électriques sont formés en outre des plots dits d'empilement (PE), destinés à la connexion de l'empilement avec des circuits extérieurs, et que les connexions électriques relient entre eux fils et plots d'empilement. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre, après l'étape de gravure et successivement, une étape de dépôt d'une couche isolante sur au moins les connexions électriques, puis une deuxième étape de formation de connexions électriques selon une deuxième couche. 6 Dispositif d'interconnexion de pastilles semi- conductrices (P), chacune contenant un circuit intégré et comportant des plots de connexion (Pc), le dispositif étant caractérisé par le fait que les pastilles (P) sont rendues solidaires les unes des autres à l'aide d'un matériau isolant (D) pour former un empilement, que les plots de connexion (Pc) des pastilles sont reliés électriquement par des fils conducteurs (F) à certaines au moins des faces de l'empilement et, que la liaison électrique des fils entre eux est effectuée par des connexions (C) réalisées sur les faces de l'empilement, certaines de ces connexions au moins étant non rectilignes. 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'une au moins des faces de l'empilement, dite base (B), ne comporte pas de fils (F), que l'empilement comporte des plots d'empilement (PE) formés sur sa surface au voisinage de la base, destinés à la connexion de l'empilement avec des circuits extérieurs, et que les connexions (C) assurent en outre la liaison des fils avec les plots d'empilement. 8 Dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé par le fait que les fils (F) sont individuellement isolés.