Brevet FR2701153A1 — publié le 19940805

COMPOSANT ET MODULE DE MEMOIRE A SEMI-CONDUCTEUR L'invention concerne le domaine des dispositifs de mémorisation à grande capacité utilisés dans les systèmes informatiques. Elle trouve une application particulièrement importante dans les enregistreurs à état solide, qui tendent à se substituer aux enregistreurs électromagnétiques du fait des limitations de ces derniers et de l'apparition de composants de mémorisation à haute intégration, dépassant 1 Mbit en statique et 4 Mbits en dynamique. Il existe de nombreuses applications dans lesquel- les l'espace occupé doit être aussi réduit que possible. Souvent, il est également souhaitable de réduire la masse pour une capacité donnée Ce cas est notamment celui des équipements prévus pour des véhicules spatiaux et des satellites. On a déja proposé (EP-A-0 489 643) de réduire le volume et la masse d'un dispositif de mémorisation à semi- conduteurs en empilant des composants de forme allongée dont les sorties sont localisées aux extrémités et en disposant en croix deux composants superposés Le croisement de deux composants superposés permet d'accéder à leurs sorties pour y souder des fils de raccordement. Mais les composants ou "puces" de mémorisation de grande capacité ( 4 Mbits et au-delà) disponibles ou annoncés ont souvent des plots de sortie disposés non pas aux extrémités, mais sur tout le pourtour d'une grande face ou même sur l'axe médian parallèle au grand côté d'une grande face Et même lorsque les plots sont aux extrémités le rapport entre la longueur et la largeur de ces composants est souvent insuffisant pour que leur croisement autorise un accès facile aux plots de sortie. L'invention vise notamment à fournir un composant de mémorisation à grande capacité répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notam- ment en ce qu'il autorise un empilement de plusieurs composants tout en laissant subsister la possibilité de raccordement à un support d'interconnexion Dans ce but, l'invention propose notamment un composant de mémorisation ayant un substrat semi conducteur de forme rectangulaire contenant les circuits actifs de mémorisation et portant, sur une grande face, des plots de sortie, caractérisé en ce que ladite grande face est revêtue d'une couche d'isolement portant des pistes métalliques reliant les plots de sortie à des plages de raccordement disposées sur ladite grande face le long d'un seul des grands côtés du substrat. Il est alors possible de constituer un module de mémoire comprenant, sur un support d'interconnexion, plusieurs composants du type ci-dessus défini ayant tous la même forme allongée, deux composants successifs étant empilés dans la même orientation et décalés l'un par rapport à l'autre de façon que les plages de raccordement d'un composant débordent du composant placé au-dessus dans l'empilement. Il est généralement préférable de donner au substrat une largeur telle que les plages de raccordement soient disposées au-delà de la zone contenant les circuits actifs, afin de ne pas les endommager lors de la fixation de fils souples de raccordement sur ces plages Dans la prati- que, il suffit, pour atteindre ce résultat, d'une augmenta- tion de largeur d'environ lmm Cet accroissement ne modifie pas le rendement de fabrication et ne diminue que légèrement le nombre de composants que l'on peut fabriquer dans une tranche de semi-conducteurs. Toutefois, certains modes de fixation de fils, notamment celui dit, "wedge bonding'> permettent de tolérer des raccordements directement au-dessus de la zone active. Il est avantageux de prévoir des plages supplémen- taires s'ajoutant aux plages de raccordement reliées à des plots et réparties parmi elles Ces plages supplémentaires peuvent être utilisées comme relais facilitant le câblage entre les composants empilés et/ou avec le support. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non-limitatifs La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: la figure 1 est un schéma de principe montrant celle des grandes faces d'un composant de mémorisation qui porte des plots de sortie, dans un mode particulier de réalisation (l'échelle n'étant pas respectée pour plus de clarté); la figure 2 est une représentation schématique en élévation d'un module de mémoire comportant quatre compo- sants empilés; la figure 3 est un autre schéma encore, montrant, en perspective, une fraction de module; la figure 4 est une vue de détail à grande échelle montrant l'utilisation possible des plages relais pour réaliser les interconnexions. Le composant 10 dont une fraction est montrée schématiquement en figure 1 constitue une puce de mémoire de forme allongée, portant sur une grande face des plots 14 répartis sur les quatre côtés L'invention serait également applicable au cas d'un composant ayant une autre répartition des plots de sortie, par exemple une répartition suivant celle des lignes médianes de la grande face qui est orientée dans le sens de la longueur Les plots de sortie 14 sont reliés à des plages d'interconnexion respectives 16 répar- ties de façon régulière le long d'un seul des grands côtés de la face Dans le mode de réalisation illustré, des plages supplémentaires 18, non-raccordées à des plots, sont dispo- sées parmi les plages 16 et en alignement avec elles. Les liaisons ou routages entre les plots 14 et les plages 16 peuvent être réalisées par des techniques bien connues, utilisées largement pour réaliser des modules multi-puces, dits MCM Sur le silicium du composant, utilisé comme substrat, on dépose d'abord une couche d'isolation diélectrique en un matériau généralement organique, tel qu'un polyimide, puis on forme les pistes de liaison 20 elles-mêmes, habituellement par métallisation et photogravu- re Il est souhaitable d'éviter de croiser les pistes si on souhaite réaliser le routage en mono-couche, de façon économique Néanmoins un routage multicouche pourra être utilisé si nécessaire, par exemple si un plan de masse local devrait être prévu pour réduire des phénomènes parasites de diaphonie. Dans le mode de réalisation illustré, les plages 16 et 18 sont disposées sur un bord du substrat qui est hors de la zone active, indiquée sur la figure 1 par le cadre 22 en tirets. La longueur habituelle d'une puce de mémoire de grande capacité (typiquement 15 à 20 mm) autorise la mise en place de la quarantaine de connexions au maximum qui sont nécessaires et au surplus la mise en place d'une plage de raccordement supplémentaire 18 pour deux à cinq plages 16. Les procédés actuels de soudage de fil fin d'or ou d'alumi- nium ( 25 ou 38 pim) permettent en effet de réduire le pas de répartition à 100-150 pm. Chacune des plages 16 et 18 représentées comporte deux renflements de fixation dont un termine une piste dans le cas des plages 16 Mais cette forme n'est pas limitative et en particulier chaque plage peut être plus longue que celles représentées et comporter plus de deux zones de connexion. Les composants du genre décrit ci-dessus permettent de constituer des modules de mémoire en les empilant dans la même orientation, avec chaque fois un décalage suffisant pour que les plages de raccordement d'un composant débordent du composant placé au-dessus Le module 24 montré schémati- quement en figure 1 comporte un support d'interconnexion 26, généralement en alumine, et un empilement de quatre compo- sants 101, 102, 103 et 104 Le support 26 peut porter des conducteurs 28 réalisés par technologie couche épaisse en or sur la partie latérale de la face qui reçoit le composant 104 Ces conducteurs 28 constituent des relais entre les composants et l'extérieur Le composant 104 est en retrait par rapport au bord du substrat de façon que les conducteurs 28 soient accessibles sur une margelle comparable au décalage entre composants successifs Le support peut égale- ment porter des conducteurs 29 sur l'autre face D e s liaisons entre les conducteurs 28, 29 de part et d'autre du support 26 peuvent être réalisés par des trous métallisés 30. Les technologies actuelles permettent de constituer sans difficulté des conducteurs 28, d'environ 150 pm par exemple, sur la face qui reçoit le composant 104 Les conducteurs 29 permettent notamment de constituer des plots de test accessibles. Les connexions du module avec l'extérieur peuvent être constituées par des fils souples 32 soudés sur les conducteurs 28 La mise en place des tronçons de fil de câblage peut s'effectuer par des procédés déjà connus, et notamment par ceux décrits dans les brevets antérieurs de la demanderesse. Le câblage de liaison d'un composant à l'autre et du composant 104 au substrat peut être réalisé de façon simple par des fils isolés courts Les entrées/sorties et les alimentations communes peuvent alors câblées en chaîne entre les composants et le support, dans le cas o les composants sont des puces mémoires Les jonctions 36 sur la figure 4 sont des exemples d'un tel câblage en chaîne Les entrées et sorties spécifiques, en très petit nombre, peuvent être câblées de façon simple, en évitant toute liaison directe entre les composants et l'extérieur, par utilisation des plages relais 18, comme le montrent par exemple les jonctions 38 sur la figure 4. Bien que le matériau qui semble à l'heure actuelle le plus approprié pour le support 26 soit l'alumine ou une céramique du même genre, on peut envisager d'autres maté- riaux, à condition que les coefficients de dilatation thermique des composants et du support soient comparables et que le support ait une conductivité thermique suffisante pour dissiper la chaleur On peut notamment utiliser des supports de nature organique Les composants 101,, 104 peuvent être solidarisés les uns des autres et du support 26 par une pastille de colle appliquée par sérigraphie ou au tampon ou sous forme de film sec qui garantit une épaisseur constante Le porte-à- faux de chaque composant par rapport à celui qui se trouve au-dessous reste toujours suffisamment faible pour que le chemin d'évacuation thermique ne soit pas notablement allongé. Le support 26 n'est pas nécessairement un petit substrat: un substrat hybride, portant d'autres composants, peut aussi être utilisé. L'invention permet de constituer notamment des mémoires de très grande capacité On a en particulier constitué des modules en assemblant quatre puces de mémoire vive dynamique 16 Mbits sur un support en couche épaisse, dans un encombrement inférieur à 20 x 15 mm Une autre application comporte huit modules du genre montré sur les figures 2 à 4 équipés sur chaque face d'un support en céramique biface ' Ces supports peuvent être complétés par des capots métalliques d'étanchéité On peut ainsi consti- tuer des mémoires de masse dont la capacité est d'environ 20 Mbits/g. REVENDICATIONS 1 Composant de mémorisation ayant un substrat semi-conducteur de forme rectangulaire contenant des circuits actifs de mémorisation et portant, sur une grande face, des plots de sortie ( 14), caractérisé en ce que ladite grande face est revêtue d'une couche d'isolement portant des pistes métalliques de liaison ( 20) reliant les plots de sortie ( 14) à des plages de raccordement ( 16) disposées sur ladite grande face le long d'un seul des grands côtés du substrat. 2 Composant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat a une largeur telle que les plages de raccordement ( 16) sont disposées au-delà de la zone conte- nant les circuits actifs. 3 Composant selon la revendication 2, caractérisé en ce que le substrat porte des plages supplémentaires ( 18) s'ajoutant aux plages de raccordement ( 16) reliées à des plots ( 14) et réparties parmi elles. 4 Composant selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les pistes métalliques de liaison sont sans croisement. Module de mémoire comprenant, sur un support d'interconnexion ( 26), plusieurs composants suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 ayant tous la même forme allongée, deux composants successifs étant empilés dans la même orientation et décalés l'un par rapport à l'autre de façon que les plages de raccordement ( 16,18) d'un composant débordent du composant placé au-dessus dans l'empilement. 6 Module selon la revendication 5, caractérisé en ce que le support d'interconnexion porte des conducteurs ( 28) sur la portée latérale de sa face qui reçoit l'empile- ment, le composant le plus bas ( 104) étant en retrait par rapport au bord. 7 Module selon la revendication 6, caractérisé en ce que le support porte également des conducteurs ( 29) sur la face opposée à celle qui reçoit l'empilement, des liaisons entre les conducteurs de part et d'autre du support ( 26) sont réalisées par des trous métallisés ( 30). 8 Module selon la revendication 6 ou 7, caracté- risé en ce que les connexions avec l'extérieur sont consti- tuées par des fils souples ( 32) soudés sur les conducteurs ( 28). 9 Module selon la revendication 6, 7 ou 8, caractérisé en ce que le câblage de liaison d'un composant à l'autre et du dernier composant au substrat sont réalisées par des fils électriquement isolés courts, les entrée/sor- ties et les alimentations communes étant câblées en chaîne entre les composants et le support. Module selon l'une quelconque des revendica- tions 5 à 9, caractérisé en ce que les entrées et sorties spécifiques sont câblées en évitant toute liaison directe entre les composants et l'extérieur, par utilisation de plages supplémentaires relais ( 18) non connectées à des pistes.