Brevet FR2696279A1 — publié le 19940401

Procédé pour permettre le montage d'une puce sur un substrat et puce préparée selon le procédé. La présente invention se rapporte à un procédé pour permettre un montage de type puce à bosses (flip-ships dans la littérature anglo-saxonne) d'une puce sur une face d'un substrat récepteur généralement constitué dtune céramique isolante asso- ciée à des pistes conductrices Le montage de type puce à bos- ses est connu; il conduit à un assemblage dans lequel celle des faces de la puce qui comporte les accès de la puce est en regard du substrat récepteur. Il est connu de réaliser un montage de type puce à bos- ses à partir d'une puce, telle qu'elle sort de fabrication, en épaississant au préalable les accès de la puce par trois couches successives: une première couche obtenue par dépôt d'atomes métalliques de cuivre sous vide, une deuxième couche obtenue par croissance électrolytique et une troisième couche constituée par un dépôt d'un alliage à 96 % d'étain et 4 % de plomb; le monta- ge de la puce sur son support est alors réalisé en positionnant la puce sur son support puis en déclenchant une surfusion de l.'alliage étainplomb par chauffage à 250 'C Cette méthode, de même que ses variantes, présente différents inconvénients; en effet la méthode d'épaississement est longue, complexe et onéreu- se et les tétons ainsi obtenus par épaississement des accès, sont rigides et friables, si bien que, lorsque la puce est soumise à des variations de température, des pannes peuvent être provo- quées par détérioration des tétons. La présente Invention a pour but d'éviter ou, pour le moins, de réduire ces inconvénients en utilisant du matériel connu, généralement disponible. Ceci est obtenu en adaptant la technique dite de "ball- bonding" au montage de type puce à bosses Il est rappelé que la technique de "ball-bonding" consiste à réaliser des liaisons électriques au moyen de fils d'or dont une extrémité a été fon- due, par exemple au moyen d'un arc électrique, pour former une petite boule; cette boule est alors pressée, par exemple sur un accès d'une puce, pour constituer un plot prolongé par le fil d'or qui est coupé à longueur voulue pour être soudé à l'endroit désiré du substrat récepteur sur lequel doit être montée la puce. Selon l'invention il est proposé un procédé pour permettre un montage de type puce à bosses d'une puce sur une face d'un substrat récepteur, ce type de montage étant celui dans lequel celle des faces de la puce qui comporte les accès de la puce est en regard de la face du substrat récepteur, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer sur chaque accès de la puce, une sou- dure d'une boule d'or obtenue par fusion de l'extrémité d'un fil d'or, la soudure étant réalisée en pressant la boule d'or sur l'accès considéré. La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent: les figures 1 à 6, des étapes de préparation d'une puce en vue de son montage sur un substrat, les figures 7 à 9, des étapes du montage sur un sub- strat récepteur d'une puce préparée selon les étapes de montage illustrées par les figures 1 à 6. Sur les différentes figures les éléments correspondants sont désignés par les mêmes repères; par ailleurs dans certai- nes figures les dimensions n'ont pas été respectées dans un souci de meilleure visibilité et donc de meilleure compréhension. La figure 1 est un schéma partiel, en coupe, d'une machi- ne pour effectuer du "ball-bonding", qui montre un passe-fil C et une électrode E Le passe-fil est également appelé capillaire du fait qu'il est percé d'un trou très fin qui sert à amener l'ex- trémité d'un fil d'or, A, au voisinage de l'électrode E; ce fil d'or, A, qui dans l'exemple décrit fait 25 microns de diamètre, provient d'une bobine et est relié à l'une des bornes d'un géné- rateur de courant, non représenté, dont l'autre borne est reliée à l'électrode E pour produire un arc électrique entre l'extrémité du fil d'or et l'électrode D'autres machines pour effectuer du "ball-bonding" existent dans lesquels le dispositif pour produire un arc électrique est remplacé par un chalumeau; la tête du chalumeau est disposée à l'emplacement de l'électrode E et sa flamme est dirigée sur l'extrémité du fil A. L'arc électrique fait fondre l'extrémité du fil A, ce qui produit une boule B comme représenté sur la figure 2; cette boule a, dans l'exemple décrit, un diamètre d'environ 50 microns. La boule B est alors soudée sur un des accès d'une puce 1, comme représenté sur la vue en coupe de la figure 3 Pour cela la puce 1 est au préalable placée sur un substrat intermé- diaire, S, aussi appelé substrat outil et le substrat intermédiaire est placé sur une plaque chauffante, non représentée sur la figure 3 mais qui apparaîtra sur la figure 5; le passe-fil C est abaissé, selon la flèche Fl, pour venir presser la boule B à l'endroit choisi de la puce 1 Pendant les opérations de soudure une source d'ultrasons de niveau réglable, non représentée, est reliée au passe-fil C pour faciliter les soudures. La figure 4 montre que, dans la suite des opérations, une partie du fil d'or A, solidaire de la boule B, est extraite du passe-fil C et que le passe-fil est abaissé, selon la flèche F 2, pour venir écraser le fil A sur le substrat intermédiaire, S, afin d'assurer sa fixation par soudure sur la pellicule d'or que com- porte le substrat S sur sa face en contact avec la puce 1 Après cette soudure avec écrasement, le passe-fil est relevé en même temps qu'une pince J solidaire du passe-fil et qui n'a été repré- sentée que sur la figure 4, se referme bloquant le fil; il en résulte une rupture du fil d'or à la sortie du passe-fil C Il est à noter que cette soudure est volontairement réalisée de façon imparfaite par réglage de la pression d'écrasement, du niveau et de la durée des ultrasons, afin de pouvoir la "décoller" facile- ment par la suite. La figure 5 montre la liaison réalisée par la boule B et un segment de fil D entre la puce 1 et le substrat intermédiaire S; il s'agit de la liaison obtenue selon le procédé décrit à l'aide des figures 1 à 4 La figure 5 est une vue en coupe qui permet de voir comment la puce 1 et le substrat intermédiaire S sont dispo- sés sur une plaque chauffante T portée à 110 'C, pour réaliser les opérations décrites à l'aide des figures 3 et 4: la plaque chauffante T et le substrat intermédiaire S sont percés chacun d'un trou et les deux trous sont placés l'un au-dessus de l'autre la puce 1 est disposée sur le substrat intermédiaire S, au-des- sus des deux trous une pompe aspirante, P, située sous la plaque S et créant une dépression figurée par une flèche V, maintient en position l'ensemble puce-substrat Intermédiaire sur la plaque chauffante. Après que les liaisons relatives à chacun des accès de la puce 1 aient été réalisées, la puce est séparée de son substrat intermédiaire et se présente comme indiqué sur la figure 6 ou apparaissent sept ensembles boule-segment de fil tels que l'ensem- ble Bi-Di Cette séparation est rendue possible en raison de la soudure imparfaite réalisée lors de l'étape du procédé décrite à l'aide de la figure 4 Il est à remarquer que les segments de fils tels que Di sont disposés perpendiculairement au bord le plus proche de l'accès sur lequel est soudée la boule dont ils sont solidaires. Dans la mesure o le procédé est destiné à permettre un montage de type puce à bosses, il peut s'arrêter à l'obtention de la puce selon la figure 6; en effet une telle puce peut être commercialisée telle quelle pour permettre des montages de types puce à bosses: grâce aux segments de fils tels que Di elle per- mettra de positionner facilement la puce sur le substrat récep- teur et grâce aux boules telles que Bi elle permettra d'assurer une bonne liaison par soudure entre les accès de la puce et les points en regard du substrat récepteur. Le procédé peut également être poursuivi de la façon préconisée ci-après et illustrée, par les figures 7, 8 et 9, afin d'assurer un montage de type puce à bosses jusqu'à son terme. Par sérigraphie à l'aide d'un pochoir, M, réalisé par pho- togravure une crème à souder est déposée aux endroits d'un substrat récepteur destinés à être en contact avec les boules d'or, Bi, de la puce 1 Le pochoir M est représenté sans son cadre sur la figure 7; il permet le dépôt de la crème à souder aux endroits voulus du substrat récepteur et est percé pour cela de trous, tels que Qi, obtenus lors de la photogravure. La figure 8 montre une partie d'un substrat récepteur 2 destiné à recevoir la puce 1 selon la figure 6 et comportant, à cet effet, des lignes conductrices telles que Hi Le substrat 2 est représenté après que des petits dépôts de crème à souder, tels que Gi, aient été obtenus en différents endroits de sa surfa- ce à l'aide du pochoir selon la figure 7; sur la figure 8 ces dépôts sont représentés par de petites surfaces hachurées Dans l'exemple décrit la crème à souder est un mélange à 88 % de métal et 12 % de liant et de résine avec, pour la partie métal, 88 % d'in- dium, 15 % de plomb et 5 % d'argent. La figure 9 montre la puce 1 de la figure 6 posée sur le substrat récepteur 2 de la figure 8, lui-même placé sur une pla- que chauffante, T, représentée par un contour en traits interrom- pus qui ne délimite qu'une partie de la plaque chauffante; cette plaque est portée à 170 'C, Comme il apparaît sur cette figure, les segments de fils tels que Di constituent de bons repères pour positionner la puce 1 sur son substrat récepteur 2 La plaque chauffante T sert à produire une fusion de la crème à souder et ainsi à donner des soudures au niveau des dépôts de crème à souder c'est-à-dire là o les boules, telles que Bi, de la puce 1 et les lignes conductrices du substrat récepteur 2 sont en contact Le montage ainsi obtenu est, au choix, recouvert d'une résine de protection ou protégé par un capot Isolant scellé. La présente invention n'est pas limitée à l'exemple décrit; c'est ainsi, en particulier, que le substrat intermédiaire n'est pas indispensable, la puce selon la figure 6 pouvant être préparée par soudure de boules, telles que Bi, auxquelles sont laissés attachés des segments de fil, tels que Di, obtenus simple- ment en coupant à longueur voulue le fil d'or provenant du pas- se-fil de la machine à effectuer du "ball-bonding" et en pliant ce segment de fil pour l'amener dans une position prédéterminée. De même le procédé de montage peut être mis en oeuvre en soudant seulement une boule par accès de la puce, c'est-à-di- re sans segment de fil, mais dans ce cas il est plus difficile de positionner la puce lors de la phase finale du montage puce à bosses et une machine à positionner cette puce devient obligatoi- re. REVENDICATIONS 1 Procédé pour permettre un montage de type puce à bosses d'une puce sur une face d'un substrat récepteur, ce type de montage étant celui dans lequel celle des faces de la puce qui comporte les accès de la puce est en regard de la face du sub- strat récepteur, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer sur chaque accès de la puce, une soudure d'une boule d'or (B; Bi) obtenue par fusion de l'extrémité d'un fil d'or (A), la soudure étant réalisée en pressant la boule d'or sur l'accès considéré. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à garder un segment (D) du fil d'or relié à la boule, ce segment ayant une première extrémité solidaire de la boule et une seconde extrémité. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer un positionnement de la puce ( 1) sur un substrat intermédiaire (S) dit substrat outil, puis après la soudure de chaque boule, à effectuer de manière Imparfaite, une soudure entre un point prédéterminé du substrat outil et la seconde extrémité du segment (D) solidaire de la boule considé- rée (B). 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser, comme substrat outil, un substrat outil (S) percé d'un trou, à utiliser un plateau chauffant (T) muni d'un dispositif d'aspiration (P), et à effectuer le positionnement en disposant le trou du substrat outil au-dessus du dispositif d'aspiration et la puce ( 1) au-dessus du trou. Procédé selon les revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il consiste à séparer la puce ( 1) du substrat outil (S) en décollant les soudures réalisées de manière imparfaite. 6 Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à déposer sur le substrat récep- teur ( 2), en des zones conductrices prévues pour être en con- tact avec les accès de la puce, une crème à souder (GI), à effec- tuer un positionnement de la puce ( 1) sur le substrat récepteur et à effectuer une fusion entre les ensembles constitués d'une des boules d'or (Bi), de crème à souder (Gi) et d'une des zones conductrices. 7 Puce caractérisée en ce qu'elle est préparée selon l'une des revendications 1 à 5.