Brevet FR2662543A1 — publié le 19911129

L'invention concerne le montage et la connexion électrique de puces à circuits intégrés sur un substrat porte-puces, et plus particulièrement un dispositif pour réaliser de tels montage et connexion électrique au moyen d'un assemblage séparable. Il est classique de monter des puces à circuits intégrés sur un substrat porte-puces et de réaliser des connexions pour signaux électriques entre des plots situés sur la puce et des plots situés sur le substrat au moyen d'une liaison métallurgique Des techniques communes de liaison comprennent l'utilisation de perles de soudure et d'une refusion, une interconnexion par fil utilisant un montage par thermocompression, un montage thermosonique, une interconnexion automatique par bande, etc Une telle connexion métallurgique présente un certain nombre d'inconvénients, dus principalement aux propriétés électromagnétiques qui introduisent une auto-induction, une diaphonie, un retard de propagation et une sensibilité accrues aux parasites De plus, une telle interconnexion métallurgique limite notablement l'aptitude à remplacer des puces sur le support. Un objet principal de l'invention est donc de procurer un dispositif par lequel une puce à circuits intégrés peut être montée de façon séparable sur un substrat de support et connectée électriquement à celui-ci sans l'utilisation de liaisons métallurgiques. Conformément aux principes de l'invention, il est proposé un dispositif pour le montage séparable d'une puce à circuits intégrés sur un substrat de support et pour la connexion électrique de la puce à ce substrat sans aucune liaison métallurgique, ce dispositif ne possédant aucune autoinduction mesurable, aucune diaphonie mesurable ou aucune autre propriété électronique indésirée Ce dispositif comporte des zones d'émission et de réception de signaux situées sur la puce à circuits intégrés et sur le substrat Les zones d'émission/réception de la puce sont alors placées en alignement avec les zones respectives de réception/émission du substrat Chaque zone de réception de signaux comprend un film plan en matière conductrice. Chaque zone d'émission des signaux comprend une région évidée ayant plusieurs saillies effilées qui s'élèvent du fond de la région évidée Une communication de la zone d'émission à la zone de réception est effectuée par l'intermédiaire d'un courant induit par un émetteur de champ. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels, les mêmes références numériques désignant les mêmes éléments sur les différentes figures: la figure 1 est une vue partielle en perspec- tive éclatée de parties d'une puce à circuits intégrés et d'un substrat porte-puces agencés conformément à l'inven- tion; la figure 2 est une vue en coupe transversale simplifiée montrant la juxtaposition des zones d'émission et de réception sur la puce et le substrat selon l'inven- tion; et la figure 3 est une vue partielle en perspec- tive éclatée montrant un exemple d'assemblage complet selon l'invention. En référence à présent aux dessins, la figure 1 illustre une puce 10 à circuits intégrés destinée à être montée sur un substrat porte-puce 12 Comme cela est classique, le substrat 12 peut être un module en silicium qui ressemble à une plaquette miniature à circuit imprimé sur laquelle une structure d'interconnexion (en une ou plusieurs couches) et des plots de contact sont déposés, ce substrat étant fabriqué par l'utilisation des mêmes processus que ceux utilisés pour la fabrication de puces à circuits intégrés De tels substrats peuvent également contenir des éléments de commande de ligne et des ré- cepteurs ou d'autres éléments actifs intégrés Classique- ment, la puce 10 est connectée électriquement au substrat 12 au moyen de fils s'étendant entre des plots de contact situés sur la puce 10 et des plots de contact sur le substrat 12, lesquels fils sont liés métallurgiquement aux plots de contact respectifs D'autres moyens classiques de connexion électrique de la puce 10 comprennent des techniques de refusion, une connexion par ultrasons et des billes de soudure La présente invention vise à éliminer les fils, la soudure et la liaison métallurgique par l'application du principe de l'induction de courant par émetteur de champ. La transmission de signaux entre des plots de contact situés sur la puce 10 et des plots de contact situés sur le substrat 12 s'effectue dans un seul sens. Autrement dit, un plot d'émission sur la puce 10 est connecté à un plot de réception sur le substrat 12 et un plot d'émission sur le substrat 12 est connecté à un plot de réception sur la puce 10 Par conséquent, l'aptitude des fils à faire circuler un courant dans les deux sens peut être remplacée par l'aptitude de réseaux d'émetteurs de champ à faire circuler un courant dans un seul sens, comme décrit plus en détail ci-après. L'induction de courant par émetteur de champ est bien connue et a été décrite dans la littérature technique Des réseaux d'émetteurs et de champ ont été utilisés en tant que source d'électrons dans des tubes électroniques à vide miniatures et en tant que source de faisceau d'électrons dans des microscopes électroniques. Les réseaux d'émetteurs de champ comprennent plusieurs pointes émettrices, qui sont des saillies de forme globalement conique, dans une région correspondant aux plots d'émission de la puce 10 ou du substrat 12 Chaque plot de réception comprend un film conducteur plan, de préférence en or Lorsque la puce 10 est montée sur le substrat 12, les zones respectives d'émission et de réception sont placées en alignement entre elles En réglant la distance entre les zones d'émission et de réception, il est possible de régler la tension de seuil à laquelle une circulation de courant s'amorce. Comme montré sur la figure 1, la puce 10 à circuits intégrés comporte de façon démonstrative une zone d'émission 14 et des zones de réception 16 et 18 sur sa surface plane 20 Similairement, la surface plane 22 du substrat 12 présente une zone de réception 24 et des zones d'émission 26 et 28 Chacune des zones de réception 16, 18 et 24 comprend un film plan en matière conductrice formé dans les surfaces planes respectives 20 et 22 Chacune des zones 14, 16, 18, 24, 26 et 28 couvre une étendue, par exemple, d'environ 50 gm au carré Lorsque la puce 10 est montée sur le substrat 12, la zone d'émission 14 de la puce est en alignement avec la zone de réception 24 du substrat 12; la zone de réception 16 de la puce 10 est en alignement avec la zone d'émission 26 du substrat 12; et la zone de réception 18 de la puce 10 est en alignement avec la zone d'émission 28 du substrat 12 Chacune des zones d'émission 14, 26 et 28 est une étendue en retrait de la surface plane respective 20, 22 L'étendue en retrait comporte un fond et plusieurs saillies effilées qui partent du fond vers la surface plane, mais sans la dépasser Ces saillies sont de préférence sous forme conique Les saillies ont une hauteur sensiblement égale afin que leurs pointes s'étendent dans un plan parallèle à la surface plane 20 ou 22 et espacé de celle-ci De préférence, les pointes des saillies coniques ont chacune un rayon dans la plage d'environ 0,3 à 10 nanomètres et elles sont espacées de plus d'environ 1, 2 nanomètre des surfaces planes 20 et 22. Comme montré sur la figure 2 (non à l'échelle), les saillies 30 situées dans la zone d'émission 14 s'étendent vers la surface plane 22, mais sans l'atteindre. Similairement, les saillies 32 de la zone d'émission 28 s'étendent vers la surface plane 22, mais sans l'atteindre. Les saillies 30, 32 peuvent être formées par l'un quelcon- que de plusieurs procédés bien connus, par exemple par gravure liquide, gravure par plasma, gravure par faisceau ionique, gravure par faisceau électronique, parfois en combinaison avec un traitement photolithographique Les zones de réception 18 et 24 montrées sur la figure 2 sont de préférence formées par la réalisation d'un film mince et plan en or ou en une autre matière conductrice, par l'une quelconque des techniques bien connues. En réglant la distance entre le plan formé par les pointes des saillies et le plan de la zone de ré- ception, on règle aussi la tension de seuil à laquelle une circulation de courant s'amorce entre les saillies et le film des zones réceptrices Du fait de la mécanique de conduction, il est évident que le transfert d'énergie effectif est sensiblement dans un seul sens, de la zone d'émission vers la zone de réception Par conséquent, les circuits d'une puce, qui émet un signal par l'intermédiaire d'un réseau d'émetteurs de champ dans le récepteur cor- respondant du substrat, sont protégés naturellement de la réflexion des signaux par le substrat Par conséquent, l'impact des signaux réfléchis sur la logique de la puce, qui est un problème majeur dans une logique rapide, est éliminé par l'utilisation du dispositif de montage et de connexion décrit ci-dessus. La figure 3 montre un exemple d'assemblage pour le montage séparable de plusieurs puces 10 à circuits intégrés sur un substrat porte-puces 12 Comme montré sur la figure 3, il est prévu une plaque 34 de positionnement présentant plusieurs ouvertures espacées 36 destinées à maintenir les puces 10 dans des positions définies Par conséquent, le substrat 12 est formé de façon à comporter des zones d'émission et de réception placées de façon appropriée, comme décrit précédemment, et les puces 10 à circuits intégrés sont formées de la même manière de façon à comporter des zones d'émission et de réception placées de façon appropriée afin que, lorsque les puces 10 sont logées dans les ouvertures 36 et que la plaque 34 de positionnement est alignée convenablement sur le substrat 12, des zones respectives d'émission et de réception des puces 10 et du substrat 12 soient en alignement et en cadrage appropriés entre elles et le plan des pointes des saillies de forme conique soit parallèle au film plan de la zone de réception respective Il est en outre prévu une plaque inférieure 38 de serrage et une plaque supérieure 40 de serrage et de dissipation de chaleur Le dissipateur de chaleur 40, la plaque de positionnement 34, le substrat 12 et la plaque inférieure 38 de serrage présentent, à titre illustratif, des ouvertures 42 qui sont situées, dans leurs éléments respectifs, de façon à être alignées lorsque le dissipateur de chaleur 40, la plaque de positionnement 34, le substrat 12 et la plaque inférieure 38 de serrage sont empilées avec les zones respectives d'émission et de réception des puces 10 du substrat 12 en alignement Des organes de fixation, tels qu'une vis 44, peuvent alors être passés dans une ouverture 42 pour maintenir l'assemblage solidarisé d'une manière séparable, à l'aide d'un écrou 46. Bien que cela ne soit pas représenté, la puissance et la masse peuvent être fournis aux puces 10 par métallisation des dos des puces 10 et les connexions appropriées de puissance et de masse sur les régions métallisées des puces à travers le dissipateur de chaleur 40. On a donc décrit un dispositif pour le montage et la connexion électrique de puces à circuits intégrés sur un substrat porte-puces d'une manière séparable, sans utilisation de liaisons métallurgiques. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'assemblage décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Assemblage pour établir un trajet électrique séparable entre une région située sur un substrat et une région située sur un autre substrat, caractérisé en ce qu'il comporte un premier substrat ( 10) ayant une première surface plane ( 20); un film plan ( 18) en matière con- ductrice recouvrant une première région prédéterminée de la première surface plane ( 20); un second substrat ( 12) ayant une seconde surface plane ( 22) et formé de façon à avoir une seconde région prédéterminée ( 28) en retrait de ladite seconde surface plane ( 22), la région en retrait ayant un fond, et plusieurs saillies effilées ( 32) qui s'élèvent du fond vers la seconde surface plane ( 22), mais sans la dépasser, les extrémités distales des saillies ( 32) s'étendant sensiblement dans un plan parallèle à la seconde surface plane ( 22), et espacé de celle-ci; et des moyens ( 34, 38, 40, 44, 46) destinés à fixer de façon séparable le premier substrat ( 10) au second substrat ( 12) de façon que les première et seconde surfaces planes ( 20, 22) soient dans une disposition parallèle et superposée et que les première et seconde régions ( 18, 28) soient alignées entre elles. 2 Assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les saillies ( 32) sont de forme conique. 3 Assemblage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les pointes des saillies coniques ( 32) ont chacune un rayon dans la plage d'environ 0,3 nanomètre à environ 10 nanomètres. 4 Assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les extrémités distales des saillies ( 32) sont espacées de plus d'environ 1, 2 nanomètre de la seconde surface plane ( 22). Assemblage pour établir un trajet électrique séparable entre une région située sur un substrat et une région située sur un autre substrat, caractérisé en ce qu'il comporte un premier substrat ( 10) ayant un film plan ( 18) en matière conductrice recouvrant une première région prédéterminée de ce substrat; un second substrat ( 12) ayant une seconde région prédéterminée ( 28) qui possède un fond et plusieurs saillies effilées ( 32) s'étendant vers l'extérieur depuis ledit fond, les extrémités distales des saillies 32 s'étendant sensiblement dans un plan; et des moyens ( 20, 22, 34, 38, 40, 44, 46) destinés à fixer de façon séparable le premier substrat ( 10) au second substrat ( 12) de façon que le film plan ( 18) soit en alignement superposé et parallèle, mais à distance, avec les ex- trémités distales des saillies ( 32). 6 Assemblage selon la revendication 5, caractérisé en ce que les extrémités distales des saillies ( 32) ont chacune un rayon dans la plage d'environ 0,3 à environ 10 nanomètres. 7 Assemblage selon la revendication 5, caractérisé en ce que le film plan ( 18) est espacé des extrémités distales des saillies ( 32) de plus d'environ 1,2 nanomètre.