Brevet FR2664097A1 — publié le 19920103

BOÎTIER DE CIRCUIT INTEGRÉ ET SON PROCEDE DE FABRICATION La présente invention concerne, de façon générale, des boîtiers de circuits intégrés qui comprennent un nombre élevé de broches. Un boîtier de circuit intégré se présente de façon classique sous la forme génrale d'un parallélépipède dont la hauteur est relativement faible par rapport aux autres dimensions. le boîtier comporte un certain nombre de broches dispos sur ses faces latérales.En général, les broches sont reguliè- revent espacées entre elles et sont reparties sur une grande partie du périmètre du boîtier, soit sur deux faces latérales apposées, soit sur les quatre faces latérales. les broches s'étendent vers l'extérieur perpndiculaireeent à la face latérale correspondante du boîtier et sont éventuellement repliées vers le bas pour pouvoir établir les connexions avec un circuit imprimé. Afin d'améliorer les performances des systèmes électroniques tout en réduisant l'encombrement, on est amené à disposer sur des circuits imprimés un grand nombre de circuits intégrés, chacun de ces circuits remplissant un grand nombre de fonctions. On a ainsi été amené à concevoir certains circuits intégrés comprenant un grand nombre de liaisons électriques avec l'extérieur et nécessitant par conséquent l'emploi de boîtiers compre- nant le même grand nature de broches. La figure 1 représente de façon simplifiée un tel boîtier classique, en coupe partielle transversale, et la figure 2 représente ce même boîtier en vue de dessus partielle. Sur une plate-forme 1, est collée ou brasée une puce de circuit intégré 2 comprenant, sur sa face superieure et à sa périphérie, un grand nombre de plots 3. Un fil métallique 4 (communément en or) est soudé entre chaque plot 3 et la broche 5 oeraepoadante dont une partie extrême dirigée vers l'intérieur s'étend à proximité du plot 3. Un encapsulant pouvant former boîtier renferme l'ensable ainsi constitué, en laissant dépasser radialement les extrémités dirigées vers l'extérieur des broches 5. Dans la suite du texte, on appellera la partie d'une broche dirigée vers l'intérieur, partie proximale, et la partie dirigée vers l'extérieur, partie distale. On voit sur la figure 2 que, pour augmenter le nombre de broches d'un boîtier, an doit réduire les dimensions de chaque broche 5 dont les parties distales sont réparties sur la péripérie du boîtier. On doit en particulier réduire la largeur w de chèque broche 5, ainsi que l'écartement e entre chaque broche. Cependant, il existe une limite pratique dans la réduction de ces dimensions. En effet, les broches 5 sont réalisées classiquement en effectuant un prodoooupage dans une feuille métallique. une telle feuille métallique prédécoupée chimiquement ou mécanique- ment est appelée communément une grille de connexion. La figure 3 représente, de façon simplifiée, une grille de connexion classique, en vue de dessus partielle. La grille comporte dans sa partie centrale la plate-forme 1 qui est supportée par des bandes métalliques 8 s'étendant diagonalement. les des de la grille forment un ensemble de broches 5 qui sont maintenues en place par l'intermdiaire de barres de liaison 9, 10. Des trous de centrage 11 disposés sur la partie latérale de la feuille métallique permettent le guidage de la feuille qui comporte de la sorte une suite de grilles de connexion. Dans une telle grille de connexion, il existe une limite pratique inférieure pour la largeur des broches ainsi que pour leur espacement.Cette limite est due à la précision limitée des découpes effectuées dans la feuille métallique pour constituer la grille et à la tenue mécanique de la grille elle-même. Actuellement, on admet en géneral qu'il n'est pas souhaitable de réaliser de telles brocs avec une largeur w et un espacement e inférieurs à 0,3 mm, au niveau de la partie distale de ces broches. Carme il n'est pas, par ailleurs, souhaitable d'augmenter les dimensions des boîtiers, il existe donc une limite pratique au nombre de broches que l'on peut répartir à la périphérie d'un boîtier de périmètre donné. Un objet de la présente invention est de réaliser un boîtier de circuit intégré muni d'un plus grand nombre de broches que celui des boîtiers actuels, à périmètre de boîtier égal. Un autre objet de la présente invention est de réaliser un tel boîtier présentant un plus grand nombre de broches, sans que la largeur et l'écarbement des broches ne soient diminues. Pour atteindre ces objets, le boîtier selon l'invention comporte un grand nombre de broches présentant chacune une zone proximale et une zone distale, la puce comprenant des plots reliés par des fils conducteurs aux zones proximales des broches et un encapsulant renfermant l'ensemble ainsi constitué en laissant dépasser radialement les zones distales des broches. les broches sont réparties en broches de premier niveau disposées dans un premier plan et en broches de second niveau disposées dans un second plan situé au-dessus du premier plan, les broches de premier niveau et de second niveau étant espaces verticalement par une feuille en un matériau isolant électrique. La présente invention prévoit également un procdé de fabrication d'un tel boîtier de circuit intégré comprenant les étapes consistant à réaliser une première et une seconde grille de connexion, ces deux grilles constituant respectivement un ensemble de broches de premier niveau et un ensemble de broches de seoed niveau, seule la première grille de connexion compre- nant une plate-forme pour le support de la puce de circuit intégré ; empiler successivement la première grille de connexion, la feuille en matériau isolant et la seconde grille de connexion, puis presser l'en mble ; disposer la puce de circuit intégré sur la plate-forme, et relier par des fils conducteurs des plots de la puce et les zones proximales des broches respetivement de premier niveau et de selon niveau ; et encapsuler l'ensable ainsi constitué en laissant dépasser radialement les zones distales des broches de premier niveau et de second niveau. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles les figures 1 à 3 destinées à illustrer l'état de la technique et le problème que vise à résoudre la présente invention ont été décrites précédeurnent la figure 4 est une vue schematique, en coupe transversale, d'un boîtier de circuit intégré selon la présente inventison; les figures 5A à 8A représentent une même vue de dessus partielle de quatre modes de réalisation différents d'un empile- ment d'éléments destiné à constituer les broches d'un boîtier selon la présente invention ;; les figures 5B à 8B représentent de façon schématique et en coupe transversale la disposition relative des broches de premier et second niveau représentées respectivement dans les figures 5A à 8A ; la figure 9 représente schématiquement, en coupe trars- versale, un dispositif permettant la mise en oeuvre d'une des étapes du prooédé de fabrication selon l'invention ; et la figure 10 représente, en perspective agrandie, une partie du dispositif représenté en figure 9. La figure 4 représente, de façon schematique, les divers éléments constituant un boîtier selon la présente inwention. On distingue certains éléments présents de façon similaire dans un boîtier classique tel que celui représenté en figure 1 (les éléments similaires portant les mêmes repères sur ces deux figures). Sur une plate-forme 1 a été collée ou brasée une puce de circuit intégré 2 comprenant, sur sa face supérieure et à sa périphérie, un grand nombre de plots 3. Un fil métallique 4, est soudé entre un plot 3 et la partie proximale d'une broche 5 correspondante. Une autre broche 6 est disposée dessus de la broche 5, espacée verticalement de celle-ci par une feuille isolante 13. Un autre fil métallique 4' est soudé pareillement entre un plot 3' et la partie proximale d'une broche supérieure 6 correspondante.Un encapsulant 7 laisse dépasser radialement les extrémités distales des broches 5 et 6. On voit qu'une particu larité du boîtier selon1 l'invention oooorne la disposition des broches 5 et 6. Dans les boîtiers classiques, toutes les broches sont disposées dans un même plan. Dans un boîtier selon l'inven- tion, il existe des broches 5 disposées dans un premier plan et d'autres brocs 6 disposes dans un second plan situé au-dessus du premier plan, les broches 5 et 6 étant espacées verticalement par un élément formant isolant électrique 13. le procédé de fabrication d'un tel boîtier comprend les étapes suivantes. On réalise une première grille de connexion qui comporte des prédécoupeges destines à constituer par la suite un ensemble de broches dites broches de premier niveau 5. On réalise une seconde grille de ooonxion qui camporte, de façon similaire mais non identique, des prédéooupages permettant de constituer un ensemble de broches dites broches de second niveau 6. les pre mière et seconde grilles de ooenexion sont réalisées, de façon classique, sous forme d'une bande métallique continue comprenant à la suite un grand nombre de grilles de connexion identiques. Ensuite, on empile l'une sur l'autre la première et la seconde grille de connexion, en intercalant entre les deux la feuille 13 réalisée en un matériau constituant un isolant électrique. las première et seconde grilles ne sont pas identiques. La première grille oampnend une plate-forme centrale 11 destinée à supporter par la suite une puce de circuit intégré. La seconde grille est dépourvue d'une telle plate-forme et comporte en son euplao#t mentun évidement. les bandes constituant respecti- vement la première grille, la feuille en matériau isolant 13 et la seconde grille présentent des orifices disposés latéralement 11 qui permettent d'empiler ces bandes de façon précise. Après avoir empilé successivement la première grille, la feuille en matériau isolant 13 et la seconde grille, on presse l'ensemble. On peut réaliser ce pressage à chaud, de façon à obtenir un collage de l'ensemble ou tout au moins une certaine adhérence. Ce collage ou cette adhérence peut résulter de la nature de la feuille en matériau isolant 13. On peut également enduire les deux faces de cette feuille 13 d'une colle afin d'obtenir un collage lors du pressage de ltensemble. On réalise ensuite les connexions entre les plots 3 de la puce et les broches, pour soudage des fils 4, 4', et on termine le boîtier en moulant ou en ovulant un matériau encapsulant 7. La figure 5R illustre un premier mode de réalisation des première et seconde grilles. Cette figure est une vue de dessus partielle de l'ensemble constitué par la première grille comprenant les broches 5, la feuille isolante 13 et la seconde grille comprenant les broches 6, après pressage de l'ensemble. La feuille isolante 13 est prédooupée et, au niveau de la partie représentés dans la figure 3A, constitue une première 17 et une seconde 18 bande parallèle s'étendant sensiblement Perpendicu- lainement aux broches 5 ou 6. Dans le mode de réalisation représenté dans cette figure, les broches de premier niveau 5 et de second niveau 6 sont empilées l'une au-dessus de l'autre. La figure 5B représente, de façon simplifiée et en coupe, des broches de la figure 5A. La broche de premier niveau 5 comprend une zone proximale 20 qui se prolonge vers l'intérieur au delà d'une zone proximale 21 de la broche de second niveau 6 qui lui est superposée, de façon à laisser à découvert une zone dVexLremité proximale 22 de la broche de premier niveau 5. Pour isoler électriquement deux broches empilecs, la première bande 17 de la feuille isolante est située sous la zone d'extrémité proximale 23 de chaque broche de second niveau, et la bande bande 18 est située entre les zones distales des broches de premier et de second niveaux. Cette disposition permet la prise de contact indépendamment sur les zones d'extinité proximaies 22 et 23 de deux broches superposées. Du autre part, la zone distale 24 de la broche de second niveau 6 se prolonge au-delà de la zone distale 25 de la broche de premier niveau 5.Cette disposition permet de replier vers le bas la zone distale des broches en faisant en sorte que les extrémités distales des broches de second niveau soient plus éloignées du boîtier que les extrémités distales des broches de premier niveau, comme cela est visible en figure 4. Cette disposition permet d'obtenir une meilleure répartition, dans le plan du circuit imprimé, des extrémités distales de toutes les broches. Dans le mode de réalisation représenté dans les figures 6A et 6B, les zones proximales 20 et 21 des broches de premier et de second niveau sont intercalées et présentant la même longueur. Cette disposition n'est cependant possible que si l'espace séparant deux broches ooesécutîves d'un même niveau est supérieur à la largeur des broches de l'autre niveau. le sodage des fils 4, 4V sur des zones d'extréminité 22, 23 des broches de premier et de second niveaux peut steffectuer sans problème, d'une manière semblable à celle effectuée dans les boîtiers classiques à une seule grille de connexion.Dans ce mode de réalisation, les zones distales 24, 25 des broches de premier et de second niveaux sont surposées et sont donc équivalentes à celles du mode de réali- sation représenté dans les figures SA et 5B. Dans le mode de réalisation représenté dans les figures 7A et 7B, les zones proximales 20 et 21 des broches sont disposées de façon identique à celle du mode de réalisation représenté en figures 5A et 5B. Par contre, les zones distales 24 et 25 des broches de cand et de premier niveau sont intercalées. Cette disposition permet de mieux répartir dans l'espace les extrémités distales des broches, afin d'éloigner davantage les points de soudage de ces extrémités sur le circuit imprimé. Dans le mode de réalisation représenté dans les figures 8A et 8B, les zones proximales 21, 22 des broches de premier et de second niveau sont disposées de façon intercalée, carme cela a été décrit pour le mode de réalisation oerrespordant aux figures 6A à 6B, et les zones distales 24 et 25 des broches de second et de premier niveau sont disposées de façon intercalée, comme cela a été décrit pour le mode de réalisation oerresponant aux figures 7A et 7B. Dans les modes de réalisation correspondant aux figures SA et 5B ou aux figures 7A et 7B, c'est-à-dire dans les modes de réalisation pour lesquels les zones proximales 20 et 21 sont superposées, le soudage des fils 4, 4' sur les broches est facilité parce que les points de soudage sont relativement éloignés les uns des autres. Cependant, il est nécessaire de prévoir un dispositif particulier permettant d'effeotuer ces soudages dans des conditions satisfaisantes. Ce dispositif est représenté dans les figures 9 et 10.Pour réaliser le soudage des fils 4, 4V sur les zones d'extrémité proximales 22, 23 des broches de premier et de cond niveau 5 et 6, il est prévu de disposer une première pièce d'appui chauffante 30 et une seconde pièce d'appui chauffante 31. La première pièce d'appui chauffante comporte une surface supérieure 32 destinée à venir en appui simultanément sur la face inférieure de toutes les zones d'extrémité dirigées vers l'intérieur 22 des broches de premier niveau 5. Ainsi, un outil peut venir exercer une certaine pression sur la surface supé rieure de ces zones d'extrémité 22 pour réaliser le soudage des fils 4.Cette première pièce d'appui 30 est maintenue à une certaine température, par exemple 300 C, pour faciliter le soudage. Pour réaliser le soudage d'un fil 4' sur la face supérieure de la zone d'extrémité 23 de chaque broche de second niveau 6, on dispose la seconde pièce d'appui chauffante 31 dont une face inférieure 33 vient en appui simultanément sur la face supérieure des zones d'extrémité 23 des broches de second niveau 6. Cette seconde pièce d'appui 31 est également maintenue à une certaine temperature, par exemple 300 C, de façon à faciliter le soudage. Lors du soudage, il est préférable que les pièces d'appui 30 et 31 exercent un pinoement de ltensemble constitué par les deux grilles de connexion et la feuille en matériau isolant intercalée 13, de façon à coeseer un bon positionnement des zones d'extrémité 22 et 23 des broches pour assurer un soudage correct. Ce pincement ne doit cependant pas être trop important pour éviter d'écraser la feuille isolante 13 qui est en général réalisée en matière synthétique. Ce risque d'écrasement peut dans certes cas être plus grand si la température de chauffage des pièces d'appui est plus élevée. La feuille isolante 13 peut être réalisée en matière synthétique conne sous la marque "#ipton". De bons résultats sont obtenus avec une feuille réalisée dans ce matériau et présentant une épaisseur d'envidai 60 micromètres. Les zones distales 24, 25 des broches de second et de premier niveau peuvent comporter en outre, de façon connue en soi, des barres de liaison disposées au voisinage de la périphérie de l'encapsulant 7. Dans ce cas, après la constitution du boîtier, on supprime ces barres de liaison en effectuant un découpage, par exemple par poinçonnage ou par faisceau laser. Ces barres de liaison assurent une bonne tenue mécanique des broches lorsqu'elles sont predeoeupees dans la grille de connexion. Ces barres de liaison peuvent aussi emç6cher l'extrusion de la résine dans les espaces séparant des broches adjacentes, lors de l'opération d'encapsulation. REVENDICATIONS 1. Boîtier de circuit intégré comprenant une puce de circuit intégré (2), un grand nombre de broches présentant chacune une zone proximale et une zone distale, la puce (2) campnenant des plots (3) reliés par des fils conducteurs aux zones proximales des broches et un encapuulant (7) rEnfermant l'ensemble ainsi constitué en laissant dépasser radialement les zones distales des broches, caraoterisé en ce que les broches sont réparties en broches de premier niveau (5) disposées dans un premier plan et en broches de second niveau (6) disposées dans un second plan situé au-dessus du premier plan, les broches de premier niveau (5) et de second niveau (6) étant espacées verticalement par une feuille en un matériau isolant électrique (13). 2. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone proximale (21) d'une broche de second niveau (6) est superposée à la zone proximale d'une broche correspondante de premier niveau (5). 3. Boîtier selon la revendicatian 2, caraatérise en ce que la zone proximale (21) d'une broche de second niveau (6) est intercalée entre des zones proximales (22) de broches oerreson- dantes de premier niveau (5). 4. Boîtier selon les revendicatisns 2 ou 3, caractérise en ce que la zone distale (24) d'une broche de second niveau (6) est superposée à la zone distale (25) d'une broche oerrespoadante de premier niveau (5). 5. Boîtier selon les revendications 2 ou 3, carac#isé en ce que la zone distale (24) d'une broche de second niveau (6) est intercalée entre des zones distales (25) de broches correspondantes de premier niveau (5). 6. Boîtier selon la revendication 2, caractérisé en ce que la zone proximale (20) d'une broche de premier niveau (5) se prolonge vers l'intérieur au-delà de la zone proximale (22) de la broche de second niveau (6) qui lui est superposée, de façon à laisser à déoeuert une zone d'extremité proximale (22) de la broche de premier niveau. 7. Boîtier selon la revendication 6, caractérisé en ce que la feuille en matériau isolant (13) est découpée et disposée par rapport aux broches de façon qu'une première zone (17) de cette feuille soit disposée entre une zone proximale (23) d'une broche de second niveau et la zone proximale (20) de la broche oerrppordante de premier niveau. 8. Boîtier selon la revendication 7, caractérisé en ce que les fils conducteurs (4, 4') reliant la puce (2) et les brochas (5, 6) aboutissent sur les broches de premier et de second niveau (5, 6) au niveau de leurs zones proximales (22, 23) respectives . 9. Protée de fabrication d'un boîtier de circuit intégré selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - réaliser une première et une seconde grille de connexion, ces deux grilles constituant respectivement un ensemble de broches de premier niveau (5) et un ensemble de broches de second niveau (6), seule la première grille de connexion compre- nant une plate-forme (1) pour le support de la puce de circuit intégré (2) ;; - empiler successivement la première grille de connexion (5), la feuille en matériau isolant (13) et la secande grille de connexion (6), puis presser l'ensemble ; - disposer la puce de circuit intégré sur la plateforme (1), et relier par des fils conducteurs (4, 4') des plots (3) de la puce (2) et les zones proximales des broc#hes resecti- vement de premier niveau (5) et de second niveau (6) ; et - encapsuler (7) l'ensemble ainsi constitué en laissant dépasser radialement les zones distales (21, 22) des broches de premier niveau et de second niveau. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'on met en contact une première pièce d'appui chauffante (30) avec la face inférieure de la zone proximale de chaque broche de premier niveau, puis on soude un des fils conducteurs (4, 4') sur la face supérieure de cette zone proximale. 11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'on met en contact une première pièce d'appui chauffante (30) avec la face inférieure de la zone proximale (22) de chaque broche de premier niveau, puis on soude un des fils (4) sur la face supérieure de cette zone proximale, puis on met en contact une seconde pièce d'appui chauffante (31) avec la face supérieure de la zone proximale (23) de chaque broche de second niveau (6), puis on soude un des fils (4') sur la face supérieure de cette zone proximale (23). 12. Procédé selon la revendicatioin 11, caractérisé en ce que la see pièce d'appui chauffante (31) comporte une surface destinée à venir en appui simultané sur les zones proximaies de toutes les broches de second niveau (6), cette surface étant dirigée vers le bas et formant une bande fermée de forme sensiblement carrée ou rectangulaire, et en ce que cette seconde pièce d'appui (31) comporte des ouvertures radiales (32) débouchant vers l'intérieur et ménagées au niveau de la zone proximale (21) des broches de second niveau. 13. Procédé selon seltzl'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que les zones distales (24, 25) des broches de second et de premier niveau comportent des barres de liaison (34) disposées au voisinage de la périphérie de l'encap- sulant (7) et en ce qu'après l'opération d'encapsulation, on supprime ces barres de liaison.