Brevet FR2677809A1 — publié le 19921218

Cette invention concerne des ensembles de circuits à semiconducteur. Un ensemble de circuits à semiconducteur comprend fréquemment un certain nombre de sections différentes effectuant différentes fonctions Par exemple, dans un ensemble de circuits destiné à être utilisé dans un récepteur radar, une première sec- tion peut comprendre une antenne et des circuits de haute fréquence, une autre section des circuits de fréquence intermédiaires, une autre section des circuits de traitement, une autre section des circuits de commutation, etc IL arrive fréquemment que Les diffé- rentes sections doivent être placées de manière à ne pas susciter des interférences électriques entre e L Les De p Lus, certaines sections demandent des puits de chaleur, alors que d'autres ne Le demandent pas En outre, différentes sections sont souvent construites de préférence sur des pasti L Les de matériaux différents. Le problème de L'obtention d'une densité d'intégration éLevée est également toujours présent à L'esprit du concepteur. Cet un but de L'invention de proposer une forme d'ensemble de circuits à semiconducteur te L qu'i L puisse être faci- Lement tenu compte de ces exigences. Se Lon L'invention, i L est proposé un ensemble de circuits à semiconducteur comprenant: plusieurs pastilles distinctes mutue L Lement séparées qui sont disposées en une pile, plusieurs de ces pasti L Les portant des dispositifs à semiconducteur; et des moyens d'interconnexion disposés à L'intérieur de La pi Le de façon que des interconnexions électriques soient ménagées entre des dispositifs se trouvant sur différentes pastilles dans La pile. Dans un ensemble se Lon L'invention, certaines desdites pasti L Les peuvent être constituées d'un matériau semiconducteur avec Leque L un ou plusieurs dispositifs à semiconducteur sont formés. Se Lon une autre possibilité, une dite pastille peut être constituée d'un substrat en matériau isolant a Lors qu'un ou plusieurs dispositifs à semiconducteur formés en une ou plusieurs couches de matériau semi- conducteur sont portés par Le substrat. Un ensemble de circuits se Lon L'invention,en p Lus du fait qu'i L contient des pasti L Les incorporant des dispositifs à semiconducteur, peut également contenir dans la pile d'autres pastilles servant par exemple d'éléments d'écartement permettant d'obtenir une séparation matérielle des différents circuits, par exemple des interconnexions électriques ou des plaques de mise à la terre disposées dans la pile, ou bien des guides d'ondes diélectriques. Les moyens d'interconnexion peuvent comporter des interconnexions de deux types différents Un premier type, qui sert à réaliser une connexion entre un point situé d'un côté d'une pastille et un point situé sur la face, placée en regard, de la pastille adjacente, comprend, de manière appropriée, sur une pastille, une partie saillante, par exemple une surépaisseur en soudure, une aire plaquée ou une connexion portante, qui coopère avec une partie saillante analogue ou un plot conducteur de l'autre pastille. L'autre type, qui sert à réaliser la connexion entre un point situé d'un côté d'une pastille et un point situé de l'autre côté de cette même pastille ou d'une autre pastille, comprend, de manière appropriée, un élément électriquement conducteur passant par une ou plusieurs ouvertures ménagées dans ou autour d'un bord d'une ou plusieurs pastilles. La description suivante, conçue à titre d'illustration, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages, elle s'appuie sur la figure unique, laquelle est une vue en coupe simplifiée de l'ensemble. Comme on peut le voir sur la figure unique, l'ensemble, qui constitue un récepteur radar, comporte une antenne comprenant plusieurs éléments sous forme de revêtements métalliques, tels que 1,à lasurfaced'unepastille 3 d'unmatériau de résistivité élevée qui peut commodément être de l'arséniure de gallium La surface de la pastille 3 sur laquelle les éléments 1 sont disposés est soudée sur la face envers plane d'une lentille micro-onde 5 constituée d'un matériau diélectrique approprié, par exemple une céramique d'alumine, les éléments 1 étant placés sur le plan focal de la lentille 5. Les éléments 1 sont connectés à l'aide de diodes du type mélangeur pour micro-onde (non représentées en détail) qui sont I formées en couches épitaxiales 7 de matériau semiconducteur d'une faible résistivité sur la face de la pastille 3 éloignée de la lentille 5 La connexion électrique entre les éLéments 1 et les diodes des couches 7 est effectuée via des revêtements métalliques, tels que 9, passant dans des ouvertures, telles que 11, ménagées dans la pastille 3. En ce qui concerne le fonctionnement du récepteur, le rayonnement de fréquence radio reçu et le rayonnement qui vient d'un oscillateur local (non représenté) sont dirigés ensemble par la lentille 5 sur les éléments d'antenne 1 afin de produire des signaux de fréquences de différence sur les diodes du type mélangeur se trouvant dans les couches épitaxiales 7. Les signaux de fréquences de différence créés aux bornes des diodes sont traités par des circuits à semiconducteur formés dans d'autres pastilles 13 et 15 d'un matériau semiconducteur approprié, comme le silicium. Les pastilles 13 et 15 sont disposées en relation d'empilement et soudées avec la pastille 3, en même temps qu'une pastille supplémentaire 17 faisant fonction d'élément d'écartement en matériau diélectrique placée entre la pastille 3 et la pastille de silicium la plus proche 13, de sorte que les pastilles 13 et 15 sont placées de manière à ne pas interférer avec la configuration de champ électrique entourant les éléments d'antenne 1 et, par consé- quent, avec le fonctionnement de l'antenne. La connexion entre les couches épitaxiales 7 et les circuits de la pastille de silicium la plus proche 13 est réalisée par l'intermédiaire de la couche diélectrique 17 via des revêtements métalliques, tels que 19, qui passent dans des ouvertures telles que 21, dans la pastille diélectrique Les revêtements 19 sont eux-mêmes en contact d'un côté avec des surépaisseurs de soudures telles que 23, faisant saillie de points appropriés des couches épitaxiales 7 De même, l'autre côté des revêtements 19 comporte des surépaisseurs de soudure 25 qui sont en contact avec des points appropriés des circuits formés sur la pastille 13. La connexion avec les circuits situés sur l'autre pastille 15 est réalisée de la même manière au moyen de revêtements métalliques, tels que 27, passant dans des ouvertures 29 de la pastille 13 et des surépaisseurs de soudure 31. Les ouvertures ménagées dans les pastilles peuvent être formées de toute manière appropriée, par exemple forage, sciage, incision chimique, découpage par laser ou faisceau électronique, ou usinage par faisceau d'ions. Les revêtements métalliques passant dans les ouver- tures peuvent être pas exemple formés au moyen d'une combinaison d'opérations de pulvérisation par plasma, de placage et de photo- lithographie. Au lieu d'utiliser des surépaisseurs de soudure pour réaliser la connexion entre points se trouvant sur des surfaces en regard de pastilles adjacentes, on peut utiliser d'autres moyens de connexion, par exemple des parties saillantes formées par placage ou des connexions portantes Selon une autre possibilité, ces con- nexions peuvent être réalisées à l'aide de pâtés d'un adhésif électriquement conducteur entre les points considérés. On notera que les pastilles d'un ensemble selon l'invention peuvent prendre d'autres formes que celle décrite ci- dessus à titre d'exemple. Par exemple, dans l'ensemble particulier décrit ci- dessus à titre d'exemple, les couches épitaxiales 7 dans laquelle les diodes du type mélangeur sont formées peuvent être du même côté de la pastille 3 que les éléments d'antenne 1 Selon une autre variante, les éLéments d'antenne 1 sont formés sur la face plane de la lentille 5, et non pas sur la pastille 3. Dans d'autres ensembles, une ou plusieurs pastilles peuvent être constituées d'un substrat de matériau isolant, par exemple de saphir, des circuits à semiconducteur étant formés en couches semiconductrices épitaxiales portées par une face principale du substrat, ou ses deux faces principales. De plus, des pastilles n'incorporant pas de circuits à semiconducteur, autres qu'une pastille faisant fonction d'élément d'écartement en diélectrique telle que ci-dessus décrite à titre d'exemple, peuvent être utilisées Ainsi, d'autres ensembles selon l'invention peuvent par exemple incorporer une ou plusieurs pastil Les portant une configuration électriquement conductrice servant à effectuer des interconnexions voulues entre des points séparés de circuits se trouvant sur des pastilles adjacentes, une ou plusieurs pastilles portant des plans de mise à la terre destinés à jouer des rôles d'écran électrique, ou bien une ou plusieurs pastilles de matériau diélectrique faisant fonction de guides d'ondes pour l'énergie micro-onde. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du dispositif dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Ensemble de circuits à semiconducteur caractérisé en ce qu'il comprend: plusieurs pastilles distinctes mutuellement séparées ( 3, 13, 15, 17) qui sont disposées en une pile, plusieurs des pastilles portant des dispositifs à semiconducteur formés sur les pastilles; et des moyens d'interconnexion ( 23, 25, 31) disposés à l'intérieur de la pile de façon que des interconnexions électriques soient réalisées entre des dispositifs situés sur différentes pastilles de la pile. 2 Ensemble de circuits à semiconducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que certaines des pastilles sont constituées d'un matériau semiconducteur, un ou plusieurs dispositifs à semiconducteur y étant formés. 3 Ensemble de circuits à semiconducteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que certaines des pastilles comprennent un substrat en matériau isolant, un ou plusieurs dispo- sitifs à semiconducteur étant formés dans une ou plusieurs couches de matériau semiconducteur portées par le substrat. 4 Ensemble de circuits à semiconducteur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que certaines des pastilles comprennent des interconnexions conductrices entre dispositifs se trouvant sur d'autres pastilles. Ensemble de circuits à semiconducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que certaines des pastilles comprennent des plans de mise à la terre pour des circuits placés sur d'autres pastilles. 6 Ensemble de circuits à semiconducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que certaines des pastilles comprennent des guides d'ondes diélectriques. 7 Ensemble de circuit à semiconducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que certaines des pastilles font fonction d'éléments d'écartement servant à séparer matériellement des dispositifs. 8 Ensemble de circuits à semiconducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que certaines connexions entre un point situé d'un côté d'une pastille et un point situé sur L'autre côté de la même pastille ou d'une autre pastil Le comprennent un élément électriquement conducteur qui passe dans une ouverture ménagée dans une pastille ou autour d'un bord de celui-ci.