Brevet FR2720190A1 — publié le 19951124

i PROCEDE DE RACCORDEMENT DES PLAGES DE SORTIE D'UNE PUCE A CIRCUIT INTEGRE, ET MODULE MULTIPUCES AINSI OBTENU La présente invention concerne un procédé de raccordement des plages de sortie d'une puce à circuit intégré et un module multipuces réalisé en faisant appel à ce procédé. La disposition la plus courante des plages de câblage des circuits intégrés est à la périphérie de ces derniers. Ceci permet des liaisons courtes avec le substrat qui supporte des circuits. La principale exception concerne certaines mémoires: les plages de sortie 10 peuvent être situées ailleurs qu'en périphérie, par exemple selon un axe médian de la puce de silicium 12 (figures 1 et 2). La figure 3 présente une disposition des plages 14 sur deux rangées de part et d'autre du petit axe de la puce 16; quelques plages optionnelles 18, généralement redondantes de plages axiales, peuvent être disposées en périphérie (cas des puces devant être montées par le procédé dit uFlip-Chip", ou 'C4"). Ces dispositions sont prévues pour le montage des puces en position retournée (Flip-Chip), ou pour le câblage d'une grille métallique ("lead-frame") posée sur la puce et constituant les sorties d'un boîtier surmoulé. Une telle disposition axiale des plages conduit à une impossibilité de câblage direct par fils d'aluminium ou d'or ("wire bonding"), tel qu'utilisé classiquement. En effet, les normes de câblage imposent généralement une distance maximale entre les extrémités de chaque fil soudé, par exemple inférieure à 125 fois le diamètre du fil (normes militaires) ou 100 fois le diamètre (normes spatiales). Il est évident qu'avec de grandes puces (10 à 20 mm de grand côté, 6 à 9 mm de petit côté) il est de plus en plus problématique de réaliser le câblage avec des fils normaux (diamètre 25 à 38 gm), en particulier dans la configuration de la figure 1, o un épanouissement des fils est nécessaire. On voit en effet sur l'exemple sur la figure 4 que les fils d/d' peuvent atteindre plus de 5 mn. Un deuxième inconvénient de ces dispositions axiales réside dans l'impossibilité de monter les puces les unes sur les autres selon les procédés dits à *paires croisées (voir EP-A-0 489 643). En effet, les puces supérieures recouvrent alors les plages de sortie des puces inférieures. Une façon de contourner ce problème a pu être proposée par un montage en tuiles de puces reroutées (demande de brevet européen N' 94 400201.3). Le reroutage des sorties est effectué à partir de dépôts de couches minces du type polyimide/cuivre sur la face de la puce comportant les plages de sortie, qui, outre leur relative complexité, ont l'inconvénient de ne pouvoir être réalisés que par le fabricant des puces et non par l'assembleur. En plus des procédés "Flip-Chip", "lead-frame" et de reroutage évoqués ci-dessus, il est également connu pour raccorder les plages de sortie axiales d'une puce de mémoire, de coller la puce en position retournée sur un substrat céramique présentant une ouverture en regard des plages de sortie de la puce. Cette dernière solution permet d'empiler plusieurs couples puce-substrat en montage superposé, chaque substrat étant muni de connexions latérales pour le raccordement à une cage d'écureuil" entourant l'ensemble. Les bords de l'ouverture du substrat en regard des plages de sortie de la puce doivent être étagés en présentant une marche pour permettre un empilement suffisamment compact des couples puce-substrat. Cette ouverture est donc difficile à réaliser. Elle implique notamment de réaliser le substrat au moyen de couches cofrittées. En outre, la portion de la face inférieure de la puce adjacente de l'empilement située en regard de cette ouverture n'a pas un bon contact thermique avec un matériau favorisant l'évacuation de la chaleur. L'invention a pour but de proposer une nouvelle technique de raccordement des plages de sortie d'une puce circuit intégré qui réduise l'incidence de certains au moins des problèmes évoqués ci-dessus. L'invention propose ainsi un procédé de raccordement des plages de sortie d'une puce à circuit intégré fixé à un substrat par sa face inférieure, les plages de sortie étant disposées sur la face supérieure de la puce, et certaines au moins des plages de sortie étant situées ailleurs qu'en périphérie de la face supérieure de la puce. On utilise au moins un adaptateur de câblage en forme de plaquette, dont la face supérieure présente des premières plages de connexion le long d'au moins un premier bord et des secondes plages de connexion le long d'au moins un second bord, et comportant des liaisons électriques entre les premières et secondes plages de connexion. On colle l'adaptateur de câblage par sa face inférieure sur la face supérieure de la puce de façon que ledit premier bord soit adjacent à une rangée de plages de sortie situées ailleurs qu'en périphérie de la face supérieure de la puce et que ledit second bord soit adjacent à la périphérie de la puce. On soude des fils de liaison d'une part entre les plages de sortie de ladite rangée et les premières plages de connexion, et d'autre part entre les secondes plages de connexion et des plages conductrices du substrat. L'adaptateur de câblage est par exemple une plaquette en céramique de faible épaisseur munie de conducteurs sérigraphies, ou bien un substrat de silicium à connexions en aluminium, ou encore un circuit imprimé souple de type polyimide/cuivre... Deux adaptateurs peuvent être montés de part et d'autre d'un axe de la puce lorsque la puce présente des plages de sortie sur cet axe. L'invention permet en outre d'empiler des puces selon un agencement tridimensionnel. Ainsi, dans un première version d'un module multipuces selon l'invention o les puces sont de forme rectangulaire et comportent chacune une rangée de plages de sortie parallèle à ses grands côtés, au moins deux puces sont collées sur le substrat avec leurs petits côtés alignés et deux grands côtés respectifs adjacents pour former un premier étage de puces, au moins une puce supplémentaire est collée par sa face inférieure sur les faces supérieures de deux puces adjacentes du premier étage pour former un second étage, la puce du second étage étant positionnée avec ses petits côtés alignés sur ceux des puces sous- jacentes et ses grands côtés décalés de manière à laisser exposées les rangées de plages de sortie des puces sous-jacentes, un premier adaptateur de câblage est collé sur la partie de la face supérieure d'une première puce du premier étage laissée exposée par la puce du second étage, et un second adaptateur de câblage est collé sur la puce du second étage, le second bord du second adaptateur de câblage étant adjacent au grand côté de la puce du second étage situé au-dessus de ladite première puce du premier étage, chacun des adaptateurs de câblage ayant ses premières et secondes plages de connexion disposées respectivement le long de deux bords opposés parallèles aux grands côtés des puces et reliées par des liaisons électriques parallèles aux petits côtés des puces. Des premiers fils de liaison sont soudés entre les premières plages de connexion du premier adaptateur de câblage et les plages de sortie de la première puce du premier étage, des seconds fils de liaison sont soudés entre les premières plages de connexion du second adaptateur de câblage et les plages de sortie de la puce du second étage, des troisièmes fils de liaison sont soudés entre les secondes plages de connexion du second adaptateur de câblage et les premières plages de connexion du premier adaptateur de câblage, et des quatrièmes fils de liaison sont soudés entre les secondes plages de connexion du premier adaptateur de câblage et des plages conductrices du substrat. Dans un autre agencement, o les puces sont de forme rectangulaire allongée et comportent chacune au moins une rangée de plages de sortie parallèle à ses petits côtés située au voisinage d'un axe médian, au moins deux puces sont collées sur le substrat avec leurs petits côtés et leurs rangées de plages de sortie alignés et deux grands côtés respectifs adjacents pour former un premier étage de puces, au moins deux puces supplémentaires sont collées par leur face inférieure sur les faces supérieures de deux puces adjacentes du premier étage pour former un second étage de puces, les puces du second étage étant positionnées avec leurs petits côtés et leurs rangées de plages de sortie alignés parallèlement à la direction des grands côtés des puces sous-jacentes et avec deux grands côtés respectifs espacés de manière à laisser exposées les rangées de plages de sortie des puces sous-jacentes, et au moins deux adaptateurs de câblage sont collés respectivement sur les deux puces du second étage en des positions diagonalement opposées, chacun de ces adaptateurs de câblage ayant des premières plages de connexion réparties le long de deux bords perpendiculaires respectivement adjacents à une rangée de plages de sortie de la puce sur laquelle il est collé et à une rangée de plages de sortie d'une des puces sous- jacentes, et respectivement reliées aux plages de sortie de ces rangées par des fils de liaison soudés. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation préférés mais non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - les figures 1 à 4, précédemment discutées, sont des vues de dessus schématiques de différents types de puces présentant des plages de sortie ailleurs qu'en périphérie; - la figure 5 est une vue de dessus d'un premier exemple de réalisation d'un module multipuces selon l'invention; - la figure 6 est une vue de dessus d'un second exemple de réalisation d'un module multipuces selon l'invention; - la figure 7 est une vue schématique en élévation du module de la figure 6, selon la direction VII indiquée sur la figure 6; et - les figures 8 et 9 sont des vues respectivement de dessus et en élévation d'un troisième exemple de réalisation d'un module multipuces selon l'invention. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 5, deux puces 16 du type illustré sur la figure 3 sont collées par leur face inférieure sur un substrat 20. Elles sont positionnées avec leurs petits côtés et leurs rangées de plages de sortie 14 alignés. Sur chacune de ces deux puces 16, on colle deux adaptateurs de câblage 22 de forme carrée occupant chacun la moitié environ de la surface de la puce correspondante. Chaque adaptateur de câblage 22 a des plages de connexion 24 disposées le long d'un premier bord 26, et d'autres plages de connexion 28 disposées le long d'un second bord 30 perpendiculaire au premier bord 26. Les plages de connexion 24 et 28 sont reliées entre elles par des pistes conductrices 32. Le premier bord 26 de chaque adaptateur 22 est disposé auprès d'une rangée de plages de sortie 14 de la puce sous-jacente, et des fils de liaison 34 sont soudés entre les plages de connexion 24 adjacentes à ce premier bord 26 et les plages de sortie 14 de cette rangée. Le second bord 30 de chaque adaptateur 22 est disposé auprès de la périphérie de la puce sous-jacente, le long de son grand côté. Des fils de liaison 36 sont soudés entre les plages de connexion 28 adjacentes à ce second bord 30 et des plages conductrices 38 prévues sur le substrat 20 auprès du grand côté de la puce. Ainsi, les plages de sortie axiales 14 des puces sont reliées au substrat par l'intermédiaire des fils 34, 36, des plages de connexion 24, 28 et des pistes 32, les fils 34, 36 pouvant être relativement courts grace aux adaptateurs de câblage. Le substrat 20 comporte des conducteurs non représentés pour relier les plages conductrices 38 à l'environnement du module. L'adaptateur de câblage 22 est par exemple réalisé à partir d'une plaquette en céramique de faible épaisseur sur laquelle les plages de connexion 24, 28 et les pistes conductrices 32 sont réalisées par une technique classique de sérigraphie en couche épaisse. Pour coller les adaptateurs de câblage 22, on utilise une colle électriquement isolante de haute pureté, présentant une souplesse moyenne pour permettre l'absorption de dilatations différentielles tout en n'amortissant que faiblement l'énergie ultrasonore lors de l'opération de soudure des fils de liaison 34, 36. Elle peut être une colle d'un type couramment utilisé dans le montage de circuits hybrides, par exemple celle connue sous l'appellation Epoteck ou Ablefilm... Les figures 6 et 7 montrent un agencement de trois puces du type illustré par la figure 2 sur un substrat 20. Pour alléger la figure 6, les connexions des puces n'ont été dessinées que sur la partie inférieure de la figure. Un premier étage de puces est constitué par deux puces 40, 42 de forme rectangulaire collées sur le substrat 20 par leur face inférieure avec leurs petits côtés alignés et deux grands côtés respectifs adjacents 41, 43. Un second étage est constitué par une puce supplémentaire 44 collée par sa face inférieure sur les faces supérieures des puces 40, 42 du premier étage. La puce 44 du second étage est positionnée avec ses petits côtés alignés sur ceux des puces sous- jacentes 40, 42. Chaque puce 40, 42, 44 comporte une rangée de plages de sortie axiales 46 parallèle à ses grands côtés. La puce 44 du second étage est positionnée de manière à laisser exposées les plages de sortie axiales 46 des puces du premier étage. Comme le montre les parties gauches des figures 6 et 7, les puces sont suffisamment étroites pour permettre le câblage direct vers le substrat des plages de sortie axiales des puces du premier étage vers des plages conductrices 48 du substrat 20 au moyen de fils de liaison 50 parallèles aux petits côtés et n'ayant pas un trop grand rapport longueur/diamètre. En revanche, un tel câblage direct n'est pas possible pour la puce 44 du second étage. Le montage des figures 6 et 7 fait donc appel à deux adaptateurs de câblage 52, 54 de forme rectangulaire allongée (typiquement 2,5 x 15 mm environ). Le premier adaptateur 52 est collé sur la partie de la face supérieure de la puce 40 laissée exposée par la puce 44. Le second adaptateur 54 est collé sur la puce 44 du second étage, du côté de la puce 40. Chaque adaptateur 52, 54 a ses premières 56 et secondes 58 plages de connexion disposées respectivement le long de deux bords opposés parallèles aux grands côtés des puces et reliées entre elles par des pistes conductrices 60 parallèles aux petits côtés des puces. Quatre séries de fils de liaison 64,66,68,70 sont utilisées pour relier les plages de sortie 46 des puces 40 et 44 à des plages conductrices 62 du substrat 20. Les fils 64 relient les premières plages de connexion 56 de l'adaptateur 52 aux plages de sortie 46 de la puce 40. Les fils 66 relient les premières plages de connexion 56 de l'adaptateur 54 aux plages de sortie 46 de la puce 44 du second étage. Les fils 68 relient les secondes plages de connexion 58 de l'adaptateur 54 aux premières plages de connexion 56 de l'adaptateur 52. Enfin, les fils relient les secondes plages de connexion 58 de l'adaptateur 52 aux plages conductrices 62 du substrat 20. On voit donc que les adaptateurs de câblage 52, 54 permettent le raccordement des plages de sortie 46 dans un montage tridimensionnel avec des fils de liaison relativement courts. Les figures 8 et 9 montrent un agencement de quatre puces 16 du type illustré par la figure 3 sur un substrat 20. Il s'agit également d'un montage tridimensionnel. Un premier étage de puces est constitué par deux puces 16A collées sur le substrat avec leurs petits côtés alignés de même que leurs rangées de plages de sortie, et avec deux grands côtés respectifs adjacents. Le second étage est constitué par deux puces 16B collées par leur face inférieure sur les faces supérieures des puces 16A du premier étage. Les puces 16B sont positionnées de façon croisée de manière à laisser exposées les plages de sortie axiales des puces 16A du premier étage. Ainsi, les petits côtés et les rangées de plages de sortie des puces 16B du second étage sont alignés parallèlement à la direction des grands côtés des puces sous-jacentes, et leurs grands côtés sont espacés à la partie centrale du montage. Le montage des figures 8 et 9 utilise quatre adaptateurs de câblage 72 de forme carrée collés sur les faces supérieures des puces 16B du second étage. Chaque adaptateur 72 a des premières plages de connexion 74 réparties le long de deux bords perpendiculaires 76,78 et des secondes plages de connexion 80 réparties le long d'un autre bord 82. Ce bord 82 est adjacent au petit côté de la puce 16B lui-même voisin de plages conductrices 84 du substrat 20. Des fils de liaison 86 sont soudés entre les secondes plages de connexion 80 des adaptateurs 72 et les plages conductrices voisines 84 du substrat. Chaque adaptateur 72 a son bord 76 adjacent à la rangée la plus proche de plages de sortie axiales 14 de la puce 16B sur laquelle il est collé. Des fils de liaison 88 relient ces plages de sortie 14 aux premières plages de connexion 74 situées le long du bord 76. Le bord 78 de chaque adaptateur 72 est adjacent à un grand côté de la puce 16B sur laquelle il est collé, lui-même adjacent à une rangée de plages de sortie 14 d'une puce sous-jacente 16A du premier étage. Des fils de liaison 90 relient ces plages 14 aux premières plages de connexion 74 situées le long du bord 78. Un montage tel que celui des figures 8 et 9 peut dans certains cas imposer des croisements entre les pistes conductrices reliant les premières et secondes plages de connexion 74,80 dans les adaptateurs de câblage. Dans un tel cas, les adaptateurs 72 sont réalisés avec plusieurs niveaux de conducteurs. Ces deux niveaux peuvent être obtenus soit par des configurations multicouches sur une même face d'une plaquette isolante, soit par des configurations o des plans conducteurs sont constitués sur les deux faces opposées d'une plaquette isolante avec des trous métallisés reliant les deux faces aux endroits appropriés. Dans ce dernier cas, il n'est pas nécessaire d'isoler la face collée par une couche diélectrique supplémentaire, la fonction d'isolation électrique étant assurée par la couche de passivation de la puce et par la colle. Toutefois, dans la majorité des cas, la topologie des plages de sortie à raccorder sera compatible avec des adaptateurs de câblage ayant un seul niveau de conducteurs. Diverses variantes peuvent être apportées aux exemples de réalisation décrits ci-dessus sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple si les puces des figures 8 et 9 sont remplacées par des puces du type illustré par la figure 1, on peut adopter un montage semblable en paires croisées en n'utilisant que deux adaptateurs de câblage tels que 72 en des positions diagonalement opposées sur les puces du second étage. Sur le montage des figures 8 et 9, des cales peuvent être ajoutées entre les deux étages de puces 16A, 16B. Dans la mesure o ces cales ont des dimensions légèrement inférieures à celles des puces, il devient possible de câbler aussi des plages de sortie périphériques des puces du premier étage. Cela est possible aussi pour les puces du second étage si on utilise des adaptateurs légèrement plus étroits (par exemple ayant les dimensions des adaptateurs illustrés sur la figure 5). On peut également coller sur les adaptateurs 72 une ou plusieurs cales isolantes ayant pour fonction de protéger les fils de liaison 86,88 en cas de proximité d'un capot métallique (boîtier). REVENDICATIONS - 1. Procédé de raccordement des plages de sortie d'une puce à circuit intégré (16;40,44) fixée à un substrat (20) par sa face inférieure, les plages de sortie étant disposées sur la face supérieure de la puce, et certaines au moins des plages de sortie (14;46) étant situées ailleurs qu'en périphérie de la face supérieure de la puce, caractérisé en ce qu'on utilise au moins un adaptateur de câblage (22;52,54;72) en forme de plaquette, dont la face supérieure présente des premières plages de connexion (24;56,74) le long d'au moins un premier bord et des secondes plages de connexion (28;58;80) le long d'au moins un second bord, et comportant des liaisons électriques (32; 60) entre les premières et secondes plages de connexion, on colle l'adaptateur de câblage par sa face inférieure sur la face supérieure de la puce de façon que ledit premier bord soit adjacent à une rangée de plages de sortie (14;46) situées ailleurs qu'en périphérie de la face supérieure de la puce et que ledit second bord soit adjacent à la périphérie de la puce, et on soude des fils de liaison (34,36;64,66,68, 70;86,88,90) d'une part entre les plages de sortie de ladite rangée et les premières plages de connexion, et d'autre part entre les secondes plages de connexion et des plages conductrices du substrat. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, la puce (16) étant de forme rectangulaire et ayant deux rangées de plages de sortie (14) parallèles à ses petits côtés situées au voisinage d'un axe médian, on colle sur la face supérieure de la puce deux adaptateurs de câblage (22;72) occupant chacun la moitié environ de la surface de la puce, chaque adaptateur de câblage ayant son premier bord adjacent à l'une des deux rangées de plages de sortie de la puce. 3. Module multipuces, comprenant des puces à circuit intégré (16;40,42, 44) fixées à un substrat (20) par leur face inférieure et présentant des plages de sortie sur leur face supérieure, certaines au moins des plages de sortie (14;46)-étant situées ailleurs qu'en périphérie de la face supérieure de la puce, et des moyens de raccordement pour raccorder les plages de sortie au substrat, caractérisé en ce que les moyens de raccordement comprennent au moins un adaptateur de câblage (22;52,54;72) en forme de plaquette, dont la face supérieure présente des premières plages de connexion (24;56;74) le long d'au moins un premier bord et des secondes plages de connexion (28;58;80) le long d'au moins un second bord, et comportant des liaisons électriques (32; 60) entre les premières et secondes plages de connexion, en ce que l'adaptateur de câblage est collé par sa face inférieure sur la face supérieure d'une puce de façon que ledit premier bord soit adjacent à une rangée de plages de sortie (14;60) situées ailleurs qu'en périphérie de la face supérieure de la puce et que ledit second bord soit adjacent à la périphérie de la puce, et en ce que des fils de liaison (34,36;64,66,68,70;86,88,90) sont soudés d'une part entre les plages de sortie de ladite rangée et les premières plages de connexion, et d'autre part entre les secondes plages de connexion des plages conductrices du substrat. 4. Module multipuces selon la revendication 3, caractérisé en ce que les puces étant de forme rectangulaire et comportant chacune une rangée de plages de sortie (46) parallèles à ses grands côtés, au moins deux puces (40,42) sont collées sur le substrat (20) avec leurs petits côtés alignés et deux grands côtés respectifs adjacents pour former un premier étage de puces, au moins une puce supplémentaire (44) est collée par sa face inférieure sur les faces supérieures de deux puces adjacentes du premier étage pour former un second étage, la puce du second étage étant positionnée avec ses petits côtés alignés sur ceux des puces sousjacentes et ses grands côtés décalés de manière à laisser exposées les rangées de plages de sortie des puces sous-jacentes, un premier adaptateur de câblage (52) est collé sur la partie de la face supérieure d'une première puce (40) du premier étage laissée exposée par la puce du second étage (44), et un second adaptateur de câblage (54) est collé sur la puce du second étage (44), le second bord du second adaptateur de câblage étant adjacent au grand côté de la puce du second étage situé au- dessus de ladite première puce du premier étage, chacun des adaptateurs de câblage (52,54) ayant ses premières et secondes plages de connexion (56,58) disposées respectivement le long de deux bords opposés parallèles aux grands côtés des puces et reliées par des liaisons électriques (60) parallèles aux petits côtés des puces, et en ce que des premiers fils de liaison (64) sont soudés entre les premières plages de connexion du premier adaptateur de câblage et les plages de sortie de la première puce du premier étage, des seconds fils de liaison (66) sont soudés entre les premières plages de connexion du second adaptateur de câblage et les plages de sortie de la puce du second étage, des troisièmes fils de liaison (68) sont soudés entre les secondes plages de connexion du second adaptateur de câblage et les premières plages de connexion du premier adaptateur de câblage, et des quatrièmes fils de liaison (70) sont soudés entre les secondes plages de connexion du premier adaptateur de câblage et des plages conductrices (62) du substrat. 5. Module multipuces selon la revendication 3, caractérisé en ce que les puces sont de forme rectangulaire allongée et comportent chacune au moins une rangée de plages de sortie (14) parallèle à ses petits côtés située au voisinage d'un axe médian, en ce qu'au moins deux puces (16A) sont collées sur le substrat (20) avec leurs petits côtés et leurs rangées de plages de sortie alignés et deux grands côtés respectifs adjacents pour former un premier étage de puces, au moins deux puces supplémentaires (16B) sont collées par leur face inférieure sur les faces supérieures de deux puces adjacentes (16A) du premier étage pour former un second étage de puces, les puces du second étage étant positionnées avec leurs petits côtés et leurs rangées de plages de sortie alignés parallèlement à la direction des grands côtés des puces sous-jacentes et avec deux grands côtés respectifs espacés de manière à laisser exposées les rangées de plages de sortie des puces sous- jacentes, en ce qu'au moins deux adaptateurs de câblage (72) sont collés respectivement sur les deux puces du second étage (16B) en des positions diagonalement opposées, chacun de ces adaptateurs de câblage ayant des premières plages de connexion (74) réparties le long de deux bords perpendiculaires (76,78) respectivement adjacents à une rangée de plages de sortie de la puce (16B) sur laquelle cet adaptateur est collé et à une rangée de plages de sortie d'une des puces sous- jacentes (16A), et respectivement reliées aux plages de sortie (14) de ces rangées par des fils de liaison soudés (88,90). 6. Module multipuces selon la revendication 5, caractérisé en ce que les puces comportent chacune deux rangées de plages de sortie parallèles adjacentes à leur axe médian, et en ce que chaque puce (16B) du second étage a deux adaptateurs de câblage (72) collés sur sa face supérieure, occupant chacun la moitié environ de la surface de cette puce.