Brevet FR2696582A1 — publié le 19940408

La présente invention concerne un procédé applicable lorsqu'on utilise des circuits à structure TAB ("Tape Automated Bonding" ou soudage automatisé sur bande), et elle concerne plus exactement un procédé par lequel les conducteurs de bornes d'une structure TAB sont coupés à proximité de la puce de circuit, et par lequel le circuit est collé sur le substrat avant que les bornes de la puce à structure TAB ne soient soudées au substrat pour une interconnexion finale dans la configuration de circuit. La technique de soudage automatisé sur bande, ou TAB, est un procédé rationnel pour manipuler des puces de circuits intégrés, ces dernières étant normalement fournies sur un type de ruban ou de bande pour l'assem- blage automatisé au moyen de machines spécifiques La puce de semiconducteur est alors interconnectée initialement sur un motif de conducteurs de bornes qui est gravé sur la bande, et la puce de semiconducteur et son motif de conducteurs de bornes sont ensuite séparés de la bande par poinçonnage Le motif de conducteurs de bornes de la bande connecté à la puce de semiconducteur peut ensuite être interconnecté à la configuration de circuit finale, généralement par soudage par compression au moyen d'un outil de thermocompression. La bande qui supporte les puces permet de manipuler et de tester les circuits dans des conditions favorables Cependant, pour la personne qui monte les circuits, il existe des inconvénients concernant la manipulation de la bande, en particulier dans des petites séries et dans la fabrication de prototypes Il est néces- saire, entre autres, d'utiliser un outil de coupe et de courbure particulier pour chaque type de structure TAB En outre, dans ce que l'on appelle le "soudage en groupe", dans lequel tous les conducteurs sont soudés ou connectés simultanément, un outil de thermocompression spécifique est nécessaire pour chaque taille de puce et chaque configuration du motif de conducteurs de bornes qui est gravé sur la bande. Le brevet des E U A N O 5 061 988 décrit une interconnexion de puce intégrée qui combine des techniques TAB et des techniques de soudage de fils classiques pour permettre à la même configuration d'accepter une variété de puces différentes, l'interconnexion permettant de tester individuellement chaque puce avant le montage de l'interconnexion dans un module à puces multiples Le document précité propose le soudage de fils sur la struc- ture TAB à titre de solution de remplacement au soudage direct de puces sur la structure TAB. Un but de la présente invention est de procurer un procédé utilisant des puces ayant une structure TAB, ce procédé utilisant les possibilités de la technique TAB en ce qui concerne le test rationnel avant l'incorporation finale de la puce dans une configuration de circuit finale sur un substrat, mais ce procédé évitant l'exigence d'outils de coupe et de courbure particuliers, ainsi que d'un outil de thermocompression particulier, dans l'inter- connexion de la structure TAB particulière dans la confi- guration de circuit finale. Conformément au procédé de la présente inven- tion, les conducteurs de bornes de la structure TAB sont coupés par un outil de coupe de type général, le long des quatre côtés de cette structure, après le test de la puce, et cet outil est ensuite utilisé pour différentes tailles de modes de réalisation existants de la structure TAB. De plus, conformément au procédé de la présente invention, la puce de la structure TAB est ensuite collée sur le substrat dans la configuration de circuit finale, en collant la puce de circuit elle-même sur le substrat et/ou en collant sur le substrat la partie restante des conducteurs de bornes coupés de la structure TAB, des couches intermédiaires diélectriques ou ayant une fonction d'écran sont ensuite disposées de façon simple, si ceci est souhaitable, et ensuite toutes les bornes sont soudées par fil, conformément à des techniques existantes, sur le substrat qui porte la configuration de circuit finale. En outre, conformément au procédé de la présente invention, aucune courbure des conducteurs de bornes de la structure TAB n'est nécessaire dans le cas normal, du fait qu'une opération de courbure est normalement effectuée pour faire en sorte que ces conducteurs de bornes soient élastiques pour pouvoir absorber des mouvements dûs à des tensions mécaniques, alors que conformément au procédé, ces mouvements dûs à des tensions mécaniques sont égale- ment absorbés d'une manière naturelle en partie par le soudage par fil pour l'interconnexion de la puce et du substrat portant la configuration de circuit, qui est effectuée conformément au procédé, et en partie par l'utilisation d'une colle légèrement élastique. Conformément au procédé de la présente inven- tion, dans un montage dit "inversé", les conducteurs de la structure TAB sont coupés de façon à laisser de très courts conducteurs sur lesquels l'opération de connexion de fils est ensuite effectuée, en relation avec des plots de connexion adjacents sur le substrat, et les fils de connexion sont disposés de façon à être aussi courts que possible, grâce à quoi on obtient simultanément un gain sur la surface du substrat du fait que les connexions sont effectuées à proximité de la puce. Conformément au procédé de la présente inven- tion, dans ce que l'on appelle un montage "normal", c'est- à-dire dans le cas o la surface active est dirigée vers le haut, les conducteurs sont coupés aussi près que possible du bord de la puce, et l'opération de connexion de fils est effectuée sur les bornes se trouvant à la face supérieure de la structure TAB, au-dessus des bornes sur la puce de silicium. Le procédé de la présente invention offre la possibilité d'utiliser également des puces ayant une structure TAB pour de petits volumes de production, pour lesquels l'investissement en différents outils spéciaux est un facteur prépondérant dans le coût de production. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs La suite de la descrip- tion se réfère aux dessins annexés dans lesquels on utilise les mêmes références numériques pour désigner des éléments correspondants, et dans lesquels: la figure la montre une vue en plan d'un mode de réalisation caractéristique d'une puce avec une structure TAB ayant un motif de conducteurs de bornes gravé, avec une variété de conducteurs de bornes disposés le long des quatre côtés de la puce; la figure lb montre une vue en plan de la struc- ture TAB de la figure la, après coupure pour un montage avec la face active dirigée vers le bas, correspondant à ce que l'on appelle un montage "inversé"; la figure lc montre une vue en plan de la struc- ture TAB de la figure la après coupure pour un montage avec la face active dirigée vers la haut, correspondant à ce que l'on appelle un montage "normal"; la figure ld montre une vue en plan de la struc- ture TAB de la figure la après coupure mais retenue du cadre, à titre d'exemple d'utilisation d'un polyamide; la figure 2 montre une représentation en éléva- tion et en coupe de la puce et de la structure TAB de la figure lb, dans un montage ayant la face active vers le bas et ayant des fils de connexion courts; la figure 3 a montre une représentation en élévation et en coupe de la puce et de la structure TAB de la figure lc, dans un montage ayant la face active vers le haut; la figure 3 b montre une représentation en éléva- tion avec une coupe de la puce de la structure TAB, dans un montage ayant la face active vers le haut et dans lequel les conducteurs de bornes sont coupés de façon à être longs et sont courbés vers le substrat et intercon- nectés d'une manière analogue à celle représentée sur la figure 2; la figure 4 a montre sous une forme agrandie un mode de réalisation fondamental du montage avec la face active vers le bas, conforme à la figure 2; la figure 4 b montre sous une forme agrandie l'assemblage ayant la face active vers le bas, dans le cas de l'utilisation de plusieurs couches d'interconnexion; la figure 5 a montre un mode de réalisation correspondant à celui qui est représenté sur la figure 4 a, mais avec une courbure des bornes pour obtenir une élasti- cité supplémentaire, par exemple lorsqu'on utilise un bloc de refroidissement à l'arrière de la puce; et la figure 5 b montre un mode de réalisation correspondant à celui qui est représenté sur la figure 4 b, ayant par exemple un écran supplémentaire sur les bornes et ayant en plus une courbure des bornes pour obtenir une élasticité supplémentaire, par exemple lorsqu'on utilise un bloc de refroidissement à l'arrière de la puce. Pour commencer, la figure la montre une vue en plan de dessus d'un exemple d'une structure TAB caracté- ristique, désignée de façon générale par la référence 1, dans laquelle la puce de semiconducteur 2 est placée en position centrale dans un motif de conducteurs de bornes 3, conducteur de l'électricité, et est interconnectée au motif 3 qui est produit par exemple par un procédé photo- graphique et/ou par gravure sur une surface mince suffi- samment résistante, consistant par exemple en polyimide ou en une pellicule de matière plastique similaire, qui remplit alors la fonction de support de la puce de semi- conducteur 2 Ce type de structure TAB 1 présente enoutre des ouvertures normalisées dans la pellicule de support avec en partie une ouverture 4 pour la puce 2 et en partie des ouvertures 5 qui sont placées au-dessous du motif de conducteurs de bornes 3 et qui définissent un cadre de matériau de support, consistant par exemple en polyimide. La figure lb montre la manière selon laquelle le motif de bornes 3 du circuit, représenté sur la figure 1, est coupé à une courte distance de la puce 2, de préfé- rence sur la ligne intérieure délimitant le cadre qui est formé par les ouvertures 4 et 5 dans la pellicule de support, pour le montage de la structure TAB 1 sur un substrat, conformément au procédé de la présente inven- tion, dans un montage ayant la face active vers le bas, c'est-à-dire ce que l'on appelle un montage "inversé". Lorsqu'on effectue la coupure le long de cette ligne intérieure délimitant le cadre, entre les ouvertures 4 et , une très petite partie du motif de conducteurs de bornes 3 a sera découverte pour l'interconnexion, grâce à quoi il est également possible de courber légèrement les conducteurs de bornes, au cas o on désire un tel montage. Un tel assemblage de circuit est exemplifié sur la figure 2, qui est une coupe centrale du circuit coupé, représenté sur la figure lb, dans laquelle la référence 11 désigne une étendue de colle qui maintient les conducteurs de bornes 3 a sur le substrat, ce dernier présentant à son tour des plots de connexion 12 auxquels les conducteurs de bornes 3 a sont connectés à l'aide de fils de connexion 15. On utilise de préférence pour la colle un matériau légère- ment élastique ou déformable, grâce à quoi le circuit ne sera pas appliqué directement sur les conducteurs de bornes 3 a. D'une manière similaire, la figure lc montre la façon selon laquelle le motif de conducteurs de bornes 3 et la pellicule représentés respectivement sur la figure la, sont coupés aussi près que possible de la puce de semiconducteur 2, de préférence au niveau de la ligne qui délimite l'ouverture 4 dans la pellicule de support, pour le montage de la structure TAB 1 sur un substrat conformé- ment au procédé de la présente invention, avec une confi- guration de montage ayant la face active vers le haut, c'est-à-dire ce que l'on appelle un montage "normal" Un tel assemblage de circuit est exemplifié sur la figure 3 a, qui est une coupe centrale du circuit coupé, représenté sur la figure lc, dans laquelle la référence 11 désigne une étendue de colle qui maintient la puce de semiconduc- teur 2 sur le substrat 40, ce dernier présentant à son tour des plots de connexion 12 Les conducteurs de bornes 3 b, reliés à la puce par l'intermédiaire des bosses de puce 10, sont connectés par les fils de connexion 15 aux plots de connexion 12 sur le substrat 40 En ce qui concerne la colle, on utilise de préférence un matériau légèrement élastique ou déformable, grâce à quoi la puce de semiconducteur ne sera pas appliquée directement sur le substrat. La figure 3 b montre un assemblage correspondant ayant ce que l'on appelle un montage "normal", dans lequel les conducteurs de bornes 3 b sont coupés à une plus grande longueur, grâce à quoi ces conducteurs sont courbés vers le bas, en direction du substrat, au moyen d'un outil de courbure approprié, tandis que des fils de connexion courts 15 sont connectés à des plots de connexion 12 sur le substrat Dans ce type d'assemblage, le circuit TAB peut par exemple être couplé conformément à la figure 1, grâce à quoi un cadre de la pellicule de support est maintenu autour de la puce et les conducteurs de bornes sont coupés au niveau de la ligne extérieure délimitant les ouvertures 5 dans la pellicule de support Si on le désire, on peut également enlever par coupure les coins restants, de façon à former un cadre carré complet autour de la puce, à titre de support supplémentaire pour les conducteurs de bornes. La figure 4 a montre sous une forme agrandie un mode de réalisation fondamental de l'assemblage ayant la face active vers le bas Grâce à une certain action élastique de la colle, le circuit n'est en principe pas appliqué directement sur le substrat, et de petits mouve- ments par rapport au substrat seront absorbés par l'inter- connexion électrique au moyen des fils de connexion 15. Dans un mode de réalisation préféré, les extrémités des conducteurs de bornes 3 a sont disposées en position adjacente aux plots de connexion 12, grâce à quoi on utilise un fil de connexion très court pour l'intercon- nexion. La figure 4 b montre un mode de réalisation supplémentaire de l'assemblage qui est représenté sur la figure 4 a Les conducteurs de bornes 3 a comportent ici un écran conducteur supplémentaire 25 entre les conducteurs de bornes 3 a et le substrat L'écran 25 est isolé du conducteur de borne 3 a par une couche isolante 20, par exemple une pellicule supplémentaire de matière plastique similaire à la pellicule de support 4 (figure la) Les conducteurs de bornes 3 a sont connectés comme précédem- ment, par des fils de connexion 15, à des plots de con- nexion respectifs 12 sur le substrat, tandis que l'écran est connecté par des fils de connexion 16 séparés à des plots de connexion 13 sur le substrat 40 ayant un poten- tiel approprié Il est également possible de connecter l'écran 25 à la puce de semiconducteur 2 par l'intermé- diaire d'une bosse de puce l Ob séparée Avec ce procédé, il est également possible de réaliser une interconnexion TAB multicouche par un doublement du motif de conducteurs 3 sur une pellicule de support multicouche 4, la connexion au substrat par des fils de connexion facilitant simple- ment ceci du fait que les fils de connexion conformes à la figure 4 b donnent simplement la possibilité d'établir des connexions avec des plots de connexion 12 et 13 placés l'un derrière l'autre sur le substrat 40. La figure 5 a montre un mode de réalisation possible supplémentaire de l'assemblage ayant la face active vers le bas En outre, les conducteurs de bornes 3 a sont ici légèrement courbés pour obtenir une élasticité supplémentaire, par exemple au moment de la connexion de la face arrière de la puce de semiconducteur sur un bloc de refroidissement 30 approprié Dans un tel assemblage, on peut avantageusement utiliser une coupure du circuit conforme à la figure ld, avec un support supplémentaire pour les conducteurs de bornes par le cadre périphérique de matériau de support qui est représenté sur la figure ld D'une manière similaire, la figure 5 b montre une configuration correspondante utilisant un écran 25 analogue à celui de la figure 4 b, entre les conducteurs de bornes 3 a et les étendues de colle 11 sur le substrat 40. Par conséquent, l'écran 25 est interconnecté d'une manière correspondant à celle qui est représentée sur la figure 4 b. L'application d'une structure TAB conformément au procédé de la présente invention s'effectue ainsi conformément au procédé décrit ci-dessous En premier lieu, on coupe la structure TAB conformément aux figures lb, lc ou ld, en fonction de la manière selon laquelle le circuit doit être monté Pour la coupure, on utilise de préférence un dispositif de coupe ayant deux arêtes de coupure disposées perpendiculairement, qui produit ainsi une coupure ayant un coin à 900 Par ce procédé, on coupe simultanément deux côtés adjacents, et la structure TAB doit être positionnée dans seulement deux positions de coupure différentes pour obtenir un circuit coupé confor- mément aux figures lb, lc ou Id La longueur des deux arêtes coupantes, mutuellement perpendiculaires, est alors indépendante des dimensions du circuit TAB, grâce à quoi un seul outil est nécessaire pour toutes les structures TAB présentes. Ensuite, on positionne la puce avec la structure TAB coupée sur le substrat, en association avec une colle appropriée qui est de préférence d'un type ne durcissant pas en un bloc complètement rigide, et en conformité avec ce qui est représenté sur les figures 2, 3 a, 3 b, 4 a ou 4 b, selon que le circuit est assemblé avec la face active dirigée vers le haut ou vers le bas Si le circuit doit être assemblé avec la face active vers le bas, et si la face arrière de la puce de semiconducteur porte un bloc de refroidissement, il est possible de courber les bornes avant le collage, avec un outil de courbure, par exemple conformément à la figure 5 a Un tel outil de courbure est simple à réaliser, du fait que chaque côté de la structure TAB coupée, conforme à la figure lb ou à la figure Id, peut être courbé séparément Pour une structure TAB qui est coupée conformément à la figure ID, les morceaux de coins sont de préférence enlevés conformément à ce qui a été indiqué ci-dessus, grâce à quoi aucune pellicule ne sera courbée, ce qui simplifie considérablement le procédé de courbure, et la largeur de l'outil de courbure lui-même sera indépendante des dimensions du circuit, en largeur et en longueur, et l'outil sera utilisable de façon générale pour tous les circuits. A la suite de la fixation sur le substrat de la puce ayant la structure TAB coupée, ou bien de toutes les puces, l'opération de connexion de fil est effectuée conformément à un principe bien connu qui, si on le désire, permet de commander par logiciel ce processus d'interconnexion, de façon simple. Pour résumer, on peut énumérer les avantages suivants que procure le procédé de la présente invention pour le montage d'une puce ayant une structure TAB: a) un seul outil de coupe général est nécessaire pour de nombreuses tailles et configurations différentes des structures TAB; b) on peut directement utiliser toutes les structures TAB présentes correspondant aux normes; c) il n'est normalement pas nécessaire de courber les conducteurs pour que ceux-ci soient légèrement élasti- ques; d) il est possible d'effectuer la connexion de fils d'une manière très souple, par exemple par commande par logiciel du dispositif de connexion; e) les points de connexion peuvent être commandés de façon simple, grâce à quoi le positionnement de la puce ayant la structure TAB est simplifié en comparaison avec l'assemblage ordinaire de la structure TAB, dans lequel il est essentiel que tous les conducteurs de bornes viennent en contact avec les plots de connexion du substrat avec une précision élevée; f) on peut corriger ou changer aisément chaque fil de connexion séparé; g) on obtient une excellente transmission de signaux dans un assemblage de la puce de semiconducteur ayant la surface active dirigée vers le bas, c'est-à- dire ce que l'on appelle le montage "inversé"; h) la connexion a lieu très près de la puce de semiconduc- teur, ce qui fait que ce circuit n'exigera que peu d'espace sur le substrat; i) toutes les puces de semiconducteur se trouvant sur le substrat peuvent être collées comme des puces ordinai- res, et ensuite toutes les puces sont connectées au moyen de fils en une seule séquence, c'est-à-dire, en d'autres termes, que l'on peut connecter au cours du même processus toutes les puces, y compris celles ayant des structures TAB, sans utiliser plusieurs outils différents; j) on peut également utiliser avantageusement des puces ayant la structure TAB avec de faibles volumes de production, sans augmenter le coût du fait d'investis- sements dans des outils différents particuliers pour les circuits respectifs; et k) le procédé permettra d'introduire sans difficultés des développements futurs de la technique de connexion par fils, comme par exemple des fils rectangulaires, ou un autre matériau constitutif des fils, pour bénéficier de possibilités plus étendues dans la configuration des fils ou l'utilisation d'autres matériaux pour les plots de connexion. REVENDICATIONS 1 Procédé pour le montage sur un substrat d'un circuit prévu pour le soudage automatisé sur bande (ou TAB), ce circuit étant de préférence fourni sur un support en mouvement se présentant sous la forme d'une pellicule de support ou d'un ruban de pellicule, les conducteurs de bornes de la structure TAB constituant un motif d'inter- connexion conducteur de l'électricité qui est fabriqué sur le ruban de pellicule et qui est connecté à la puce de semiconducteur de la structure TAB, caractérisé en ce qu'on coupe la pellicule de support de la structure TAB et son motif de conducteurs de bornes conduisant l'électri- cité, à proximité des bords latéraux de la puce; on fixe la puce de semiconducteur sur le substrat final, de préfé- rence par collage; et on réalise l'interconnexion élec- trique du motif de conducteurs de bornes restant, conduc- teur de l'électricité, de la structure TAB, sur la pelli- cule de support, en connectant des fils entre ce motif de conducteurs de bornes et des plots conducteurs de l'élec- tricité correspondants sur le substrat. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'après le collage, on dépose une couche d'écran isolée entre le substrat et la puce de semiconducteur et/ou le motif de conducteurs de bornes restant, électri- quement conducteur, de la structure TAB, sur la pellicule de support, pour une interconnexion par connexion de fils, avec écran, de ce motif de conducteurs de bornes, cet écran étant connecté par un fil de connexion séparé à un potentiel approprié sur le substrat. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que dans le montage dit "inversé" de la puce ayant la structure TAB, c'est-à-dire dans le cas o la face active de la puce est dirigée vers le bas, son motif de conducteurs de bornes, conducteur de l'électricité, est coupé à une longueur telle ( 3 a, figure lb) qu'il s'étende dans une certaine mesure à l'extérieur de la puce et qu'il soit connecté par des fils de connexion à des plots de connexion correspondants ( 12) sur le substrat, au moyen de fils de connexion ( 15) qui sont de préférence aussi courts que possible. 4 Procédé selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que dans un montage dit "normal" de la puce ayant une structure TAB, c'est-à-dire dans un cas o la face active de la puce est dirigée vers le haut, son motif de conducteurs de bornes, conducteur de l'électricité, est coupé aussi près que possible de la puce ( 2), la connexion par fils aux plots de connexion ( 12) correspondants sur la puce étant ensuite effectuée sur la face supérieure du motif restant, par l'intermédiaire des connexions sur la puce de silicium (figure 3 a). Procédé selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que dans un montage dit "normal" de la puce ayant une structure TAB, c'est-à-dire dans un cas o la face active de la puce est dirigée vers le haut, son motif de conducteurs de bornes, conducteur de l'électricité, est coupé de façon à être suffisamment long, et en maintenant ou sans maintenir le cadre de matériau de support (figure Id), pour courber ultérieurement ce motif dans la direc- tion du substrat, après quoi il sera interconnecté par des fils de connexion à des plots de connexion correspondants ( 12) sur le substrat, au moyen de fils de connexion ( 15) auxquels on donnera alors la plus courte longueur possible. 6 Procédé selon la revendication 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que la colle qui fixe la puce ayant la structure TAB et/ou le motif de conducteurs de bornes conducteur de l'électricité est quelque peu élastique, pour procurer une certaine élasticité ou mobilité, par exemple pour fixer la puce de semiconducteur sur un dispo- sitif de refroidissement approprié. 7 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie du motif de conducteurs de bornes conducteur de l'électricité qui s'étend après la coupure de la structure TAB est légèrement courbée avant la fixation sur le substrat pour obtenir une légère élasti- cité ou mobilité, par exemple pour fixer la puce de semi- conducteur sur un dispositif de refroidissement approprié. 8 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux côtés adjacents du motif de conducteurs de bornes, conducteur de l'électricité, de la structure TAB, sont coupés simultanément par un outil de coupe ayant une arête coupante faisant un angle de 90 .