Brevet FR2715771A1 — publié le 19950804

ASSEMBLAGE DE MICROCIRCUITS INTEGRES DE TYPE PUCE A PROTUBERANCES La présente invention concerne le domaine des puces à protubérances, et plus particulièrement un mode d'assemblage de microcircuits intégrés de ce type. Les puces à protubérances (communément appelées flip-chips selon la terminologie anglo-saxonne) sont couramment appliquées pour le montage automatisé de circuits à très grande échelle d'intégration (VLSI). Une puce à protubérances se présente comme un circuit intégré de forme générale parallélépipédique, dont les bornes de connexion avec l'extérieur sont constitués par des bossages ou protubérances disposées sur une grande face du circuit. Ces puces sont montées en position retournée sur un substrat comportant des pistes conductrices. Une refusion collective des protubérances permet d'interconnecter les puces avec efficacité et fiabilité, de sorte qu'elles conviennent bien pour une production en grande série avec un taux de défauts très faible, notamment lorsque le nombre d'entrées/sorties est très grand. Ces circuits ont de bonnes performances de vitesse et dissipent peu de puissance. Dans un module multi-puces classique, plusieurs puces à protubérances sont regroupées sur une face supérieure d'un même substrat de forme allongée, dont un bord étroit comporte des plages de connexion desdites puces avec l'extérieur. Un avantage de cette configuration est que les puces peuvent être disposées très près les unes des autres, ce qui conduit à une haute densité d'intégration. Il serait toutefois souhaitable d'augmenter les densités de regroupement des puces à protubérances, pour miniaturiser davantage les systèmes dont elles font partie. Un but principal de la présente invention est de répondre à ce besoin. L'invention propose ainsi un assemblage de microcircuits intégrés de type puce à protubérances, regroupés en modules multi-puces comprenant chacun un substrat de forme allongée sur lequel sont disposées plusieurs puces à protubérances, un bord étroit du substrat comportant sur sa face supérieure des plages de connexion desdites puces, caractérisé en ce que certains au moins des modules multi-puces sont empilés les uns sur les autres avec leurs grands côtés parallèles, la face inférieure du substrat d'un module étant collée sur les faces supérieures des puces à protubérances du module inférieur adjacent, les modules empilés étant décalés parallèlement aux grands côtés de leurs substrats de manière à laisser exposées leurs plages de connexion respectives. On obtient ainsi un agencement à trois dimensions de puces à protubérances, procurant une haute densité de circuits intégrés. Les connexions entre les différents modules sont aisément réalisés par des fils soudés sur les plages de contact qui restent exposées. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation préférés mais non limitatifs, lue conjointement aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective avec arrachement partiel d'un micromodule classique comportant quatre puces à protubérances ; et - les figures 2 et 3 sont des vues en élévation de deux assemblages de microcircuits selon l'invention. Le module multi-puces 5 représenté sur la figure 1 comprend quatre puces à protubérances 6 disposées en position retournée sur la face supérieure d'un substrat 7 de forme générale allongée. Les puces 6 sont disposées pratiquement bord à bord, et couvrent une majeure partie de la surface du substrat 7. Un bord étroit 8 du substrat 7 n'est pas couvert par les puces 6, et présente sur sa face supérieure une série de plages de connexion 9. Les plages 9 ont une forme générale allongée parallèlement aux grands côtés du substrat 7, pour permettre le soudage de plusieurs fils de connexion. Les plages 9 sont reliées par des pistes conductrices à des plots 10 répartis sur la surface du substrat 7, sur lesquelles sont soudées, de façon classique, les protubérances des puces 6. Les pistes conductrices peuvent être constituées par une couche métallique déposée sur le substrat 7 et recouverte d'une couche d'isolant, ou encore, si les connexions sont très nombreuses, par deux couches de métallisation séparées par une couche isolante. Le substrat 7 peut être réalisé de façon classique en céramique. Mais, pour l'application de l'invention, on utilisera de préférence des substrats 7 en silicium. Pour augmenter la tenue mécanique du module 5 et améliorer ses performances de transfert thermique, on peut, de façon connue, injecter une résine appropriée entre les puces 6 et le substrat 7, autour des protubérances. Les puces 6 du module 5 ont toutes la même épaisseur, de sorte que leurs faces supérieures respectives sont situées dans un même plan avec une très bonne précision. La figure 2 montre un empilement de deux modules multi-puces 5 de ce type sur une face plane d'un support 12. Le substrat 7 du module inférieur de l'empilement est collé par sa face inférieure sur le support 12. Le module supérieur de l'empilement est collé par la face inférieure de son substrat 7 sur les faces supérieures coplanaires des puces 6 du module inférieur. Les modules 5 sont empilés avec leurs grands côtés parallèles, et avec un décalage parallèlement aux grands côtés, de manière à laisser exposées leurs plages de connexion respectives 9. Avant de mettre en place un module 5 de l'empilement, on enduit la face inférieure de son substrat 7 avec une colle à haute pureté (par exemple par sérigraphie). La colle peut également être déposée sur les faces supérieures des puces du module inférieur. A l'aide d'un outillage de centrage simple, les deux micromodules sont superposés, et la colle polymérisée sous une légère pression. Le montage "en tuiles" des modules 5 permet de relier avec des fils d'or ou d'aluminium 13 les plages de connexion du module supérieur avec des plages de connexion 9 du module inférieur, et les plages de connexion 9 du module inférieur avec d'autres plages prévues à cet effet sur la surface du support 12. Les fils 13 sont soudés par ultrasons ou par thermocompression, de préférence avec un outil de soudage en biseau. Le support 12 peut être un support classique de circuit hybride en céramique (alumine). De préférence, on utilisera un support composite de type co-cuit tel que le support 15 représenté schématiquement sur la figure 3. Un tel support est constitué par des couches isolantes 16 et conductrices 17 superposées et cuites ensemble à haute température (typiquement 1500-C). Des trous de via existent entre les couches conductrices 17 pour transférer des signaux et permettre des connexions électriques entre les deux faces opposées du support 15. Ainsi, dans la forme de réalisation de la figure 3, on a pu disposer des empilements de modules multi-puces 5 sur les deux faces opposées du support 15. On obtient ainsi un quadruple empilement de puces très rapprochées les unes des autres, offrant une grande densité de silicium actif relativement aux substrats passifs (typiquement supérieure à 300%). L'emploi de substrats 7 en silicium pour les micromodules 5 permet de s'affranchir des problèmes de dilatation différentielle avec les puces 6 des modules inférieurs, qui se trouvent prises en sandwich. La dissipation thermique peut se faire à travers les diverses couches de silicium. On peut également remplir les interstices puces/substrats au moyen d'une résine appropriée favorisant l'échange thermique et la fiabilité des joints. Bien entendu, il est possible de prévoir plus que deux modules par empilement. Un assemblage de modules selon l'invention peut notamment être utilisé pour réaliser des mémoires de grande capacité. On utilise alors des modules de mémoire 5 identiques et adressables de la même façon en prévoyant, au moins sur les modules inférieurs d'un empilement certaines plages de connexion 9 qui ne sont reliées à aucune des puces de ces modules. Ces plages 9 sont reliées au moyen de liaisons filaires à d'autres plages d'un module supérieur de l'empilement. Elles servent simplement de relais pour des bits d'adresse supplémentaires ou des signaux de type 'chie select" destinés au module supérieur. Hormis ces plages spéciales, les modules 5 sont tous reliés de la même manière aux bus de données, d'adresse et de commande prévus sur le support 12, 15. REVENDICATIONS 1. Assemblage de microcircuits intégrés de type puce à protubérances, regroupés en modules multi-puces (5) comprenant chacun un substrat (7) de forme allongée sur lequel sont disposées plusieurs puces à protubérances (6), un bord étroit (8) du substrat (7) comportant sur sa face supérieure des plages (9) de connexion desdites puces, caractérisé en ce que certains au moins des modules multipuces (5) sont empilés les uns sur les autres avec leurs grands côtés parallèles, la face inférieure du substrat (7) d'un module étant collée sur les faces supérieures des puces à protubérances (6) du module inférieur adjacent, les modules empilés étant décalés parallèlement aux grands côtés de leurs substrats de manière à laisser exposées leurs plages de connexion respectives (9). 2. Assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un support (15) de forme plane et des empilements de modules multi-puces (5) sur les deux faces opposées dudit support. 3. Assemblage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque empilement de modules multipuces (5) est fixé sur une face d'un support composite cocuit (15). 4. Assemblage selon l'une quelconque des revendication 1 à 3, caractérisé en ce que certaines des plages de connexion (9) d'un module inférieur d'un empilement de modules multi-puces (5) ne sont reliées à aucune puce dudit module, des liaisons filaires (13) étant prévues entre ces plages et d'autres plages d'un module supérieur dudit empilement. 5. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les substrats (7) des modules multi-puces (5) sont réalisés en silicium.