Brevet FR2723257A1 — publié le 19960202

BO TIER BGA DE CIRCUIT INTÉGRÉ La présente invention concerne un boîtier de circuit intégré. Elle s'applique plus particulièrement à la réalisation d'un boîtier, constitué à partir d'une plaquette isolante sur une surface supérieure de laquelle est montée une puce de cir- cuit intégré qui est ensuite encapsulée. Des bornes sur une surface supérieure de la puce sont reliées à des plots de con- nexion sur la face supérieure de la plaquette. Une face infé- rieure de la plaquette comprend un réseau, de préférence régu- lier, de bossages ou billes conductrices de raccordement. Cha- que bille est reliée à l'un des plots de connexion sur la face opposée de la plaquette par l'intermédiaire d'un trou métal- lisé. Ce type de boîtier est communément appelé un boîtier BGA (Ball Grid Array). La figure 1 représente un exemple de structure clas- sique d'un boîtier de ce type. La représentation de cette figure montre partiellement et en coupe un tel boîtier au niveau d'un bord d'une puce 1 de circuit intégré. La puce 1 est placée sur une face supérieure d'une plaquette isolante 2, par exemple du type utilisé pour former des cartes de circuit imprimé. La plaquette 2 est pourvue de trous métallisés 3 reliés individuellement, sur la face supérieure de la plaquette 2 et par l'intermédiaire de pistes conductrices, à des plots de connexion 4, euxmêmes connectés par des fils de liaison 5 à des bornes de la puce 1. Les trous métallisés 3 sont reliés, sur une face inférieure de la plaquette 2 et par l'intermé- diaire de pistes et de plots 6, à des billes 7 qui constituent les contacts de raccordement du boîtier. Chacune des faces de la plaquette 2 est recouverte d'une couche de résine photosen- sible isolante, respectivement 8 et 9, ouverte aux emplacements des plots, respectivement 6 et 4. Une couche de colle 10 est généralement interposée entre la puce 1 et la couche supérieure de résine photosensible 9. L'ensemble est revêtu, en face supé- rieure, d'une résine époxy d'encapsulation 11. Un problème que l'on rencontre dans ce type de boî- tier est que la couche de résine photosensible 8 ou 9 qui est déposée sur les faces de la plaquette 2 ne comble pas les trous métallisés 3 qui traversent la plaquette 2. Cela entraîne la formation, dans ces trous, de bulles d'air, inévitablement chargées d'humidité, qui sont prisonnières entre les deux cou- ches de résine photosensible 8 et 9. La présence de ces bulles est néfaste. En effet, ces bulles se dilatent, sous l'effet de la chaleur à laquelle le boîtier est soumis dans la suite du processus d'encapsulation ou lors de l'utilisation du circuit intégré. Elles risquent alors de provoquer des cassures de la couche de résine photosensible 8 ou 9. Ces risques de cassures entraînent que l'on ne peut placer de trous métallisés à l'aplomb de la puce 1. En effet, l'apparition de cassures pour- rait endommager la puce elle-même. De telles cassures sont éga- lement préjudiciables à l'isolement de la face inférieure de la plaquette 2. La présente invention vise à pallier ces inconvé- nients en proposant un boîtier de circuit intégré, utilisant une plaquette de circuit imprimé dont une face inférieure est munie d'un réseau de billes de raccordement, qui autorise l'ap- position de billes de raccordement sous la puce, et qui élimine tout risque de rupture d'isolement de la face inférieure de la plaquette. Pour atteindre cet objet, la présente invention pré- voit un boîtier de circuit intégré comprenant: - une plaquette isolante munie de trous traversants métallisés reliés à des pistes conductrices, les pistes conduc- trices d'une face inférieure menant à des premiers plots desti- nés à recevoir des billes ou broches de raccordement, les pis- tes conductrices d'une face supérieure menant à des seconds plots connectés à des bornes d'une puce de circuit intégré; - ladite puce collée sur la face supérieure de la plaquette; - un matériau d'encapsulation enrobant la puce; - une première couche d'isolement déposée sur la sur- face inférieure de la plaquette et ouverte en regard desdits premiers plots; - une seconde couche d'isolement déposée sur la sur- face supérieure de la plaquette et ouverte en regard desdits seconds plots; ladite seconde couche d'isolement étant ouverte au moins en regard desdits trous traversants, du matériau d'encap- sulation étant présent dans ces trous. Selon un mode de réalisation de l'invention, le boî- tier comporte des trous traversants à l'aplomb de la puce, de la colle d'accrochage de la puce étant présente dans ces trous. Selon un mode de réalisation de l'invention, la seconde couche d'isolement est entièrement ouverte sous le matériau d'encapsulation. Selon un mode de réalisation de l'invention, les cou- ches d'isolement sont constituées de résine photosensible. Selon un mode de réalisation de l'invention, le maté- riau d'encapsulation est une résine époxy. Selon un mode de réalisation de l'invention, la colle d'accrochage de la puce est thermiquement conductrice. L'invention concerne également un procédé de montage de circuit intégré comprenant les étapes suivantes: - réalisation de trous traversants dans une plaquette isolante; - dépôt d'une couche conductrice sur les deux faces de la plaquette, selon un motif de pistes de connexion des trous métallisés, à des premiers plots de connexion à des billes de raccordement en face inférieure, et à des seconds plots de connexion à des bornes d'une puce de circuit intégré en face supérieure; - dépôt d'une première couche de résine photosensible isolante sur la face inférieure de la plaquette et ouverture de cette première couche en regard desdits premiers plots; dépôt d'une seconde couche de résine photosensible isolante sur une face supérieure de la plaquette et ouverture de cette seconde couche en regard desdits second plots; - collage de la puce au moyen d'une couche de colle; - réalisation des connexions des bornes de la puce auxdits seconds plots, au moyen de fils conducteurs; - encapsulation dans une résine époxy; dépôt de billes de raccordement en face inférieure de la plaquette sur lesdits premiers plots; et consistant à ouvrir ladite seconde couche de résine photosensible au moins en regard desdits trous traver- sants. Selon un mode de réalisation de l'invention, le pro- cédé consiste à ouvrir la seconde couche de résine photosensi- ble dans toute une zone de la plaquette destinée à être revêtue de résine époxy. Selon un mode de réalisation de l'invention, le pro- cédé comporte en outre une étape de dépôt électrolytique d'un matériau à haute conductivité sur les pistes et plots de con- nexion, préalablement au collage de la puce. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures join- tes parmi lesquelles: la figure 1 décrite précédemment est destinée à expo- ser l'état de la technique et le problème posé; la figure 2 représente, partiellement et en coupe, un mode de réalisation d'un boîtier, selon l'invention; et les figures 3A à 3F représentent, partiellement et en coupe, différentes étapes d'un mode de mise en oeuvre du pro- cédé d'encapsulation selon l'invention. Les représentations des figures ne sont pas à l'échelle pour des raisons de clarté. Le boîtier selon l'invention tel que représenté à la figure 2 se distingue des boîtiers classiques essentiellement par une absence de couche d'isolement 9 aux emplacements de trous métallisés 3, en face supérieure d'une plaquette 2 qui reçoit une puce 1 de circuit intégré. Plus généralement la structure d'encapsulation selon l'invention peut ne comporter d'isolant 9 en face supérieure de la plaquette 2, qu'à l'extérieur d'une zone couverte par une résine époxy 11. Des trous métallisés 3 sont disposés sous la puce 1, et le cas échéant hors de l'aplomb de la puce 1. Ces trous 3 se trouvent remplis, sous la puce 1, par de la colle 10 d'accro- chage de la puce 1, et hors de la puce 1, par de la résine époxy 11 d'encapsulation. On obtient ce résultat car à la fois la colle 10 d'accrochage de la puce 1 et la résine d'encapsula- tion 11 sont plus fluides que la résine photosensible utilisée pour former les couches d'isolement 8 et 9. De plus, la colle et la résine sont injectées sous pression. Pour le collage, on applique de préférence une force et un glissement à la puce lors de sa mise en place. Pour la résine, la pression d'injec- tion dans un moule est de préférence maintenue pendant la soli- dification. Il n'y a donc plus de risque à prévoir des trous métallisés 3 et des billes de contact 7 sous la puce 1. Cela permet de réduire la surface de la plaquette 2 ou, à surface égale, de disposer d'un plus grand nombre de billes de contact 7. Par un effet secondaire de l'invention, on améliore également l'accrochage de la colle 10 (donc de la puce 1) et de la résine d'encapsulation 11 sur la plaquette 2. En effet, les trous 3 constituent pour ces matériaux, des points d'ancrage. On décrira ci-après un exemple de mode de mise en oeuvre d'un procédé de montage de circuit intégré selon l'in- vention. Cet exemple est illustré par les figures 3A à 3F qui illustrent différentes étapes de ce procédé. Dans une première étape (figure 3A), on perce la pla- quette isolante 2 aux emplacements futurs des trous métallisés. Dans une deuxième étape (figure 3B), on réalise un dépôt chimique conducteur, par exemple de cuivre, sur les deux faces de la plaquette 2 de façon à créer des trous métallisés 3 ainsi que des pistes et plots de connexion 4 et 6, respective- ment en face supérieure et inférieure de la plaquette 2. Dans une troisième étape (figure 3C), on dépose pleine plaque, sur les faces inférieure et supérieure de la plaquette 2, respectivement une première 8 et seconde 9 couche de résine photosensible isolante. Puis on ouvre la première couche 8, aux emplacements futurs des billes 7 sur les plots 6 et, la seconde couche 9 aux moins aux emplacements des trous métallisés 3 et des plots 4. Préférentiellement, la couche supérieure de résine photosensible 9 est ouverte sur toute la zone destinée à être recouverte ultérieurement d'une résine époxy 11. Afin d'améliorer les contacts entre, respectivement, les fils 5 ou les billes 7 qui seront apposés ultérieurement, et leurs plots de connexion respectifs 4 ou 6, on peut effec- tuer un dépôt électrolytique conducteur (non représenté) sur les deux faces de la plaquette 2, au cours d'une quatrième étape éventuelle. Ce dépôt est, par exemple, constitué de nickel et d'or. Il est présent, en face inférieure, sur les plots 6 aux emplacements des ouvertures pratiquées dans la cou- che de résine photosensible 8 et, en face supérieure, au moins sur les plots 4 et les trous métallisés 3. Dans une cinquième étape (figure 3D), la puce 1 est collée au moyen d'une couche de colle 10. La colle 10 pénètre par capillarité dans les trous métallisés 3 qui sont en dessous de la puce 1. On favorise ainsi l'accrochage de la couche de colle 10 tout en évitant la formation de bulles d'air dans les trous 3. Dans une sixième étape (figure 3E), on réalise les connexions entre les plots 4 de la face supérieure et les bor- nes de la puce 1 au moyen de fils conducteurs 5, par exemple de fils d'or. Compte tenu du plan de coupe des figures, un seul fil 5 est représenté. En pratique, des fils 5 seront présents sur tous les c6tés de la puce 1. Puis on encapsule l'ensemble dans une résine époxy 11 au cours d'une septième étape (figure 3F). Comme dans le cas de la colle 10, la résine époxy 11 pénètre par capillarité dans les trous 3 situés à l'extérieur de la puce 1. Enfin, dans une huitième et dernière étape, on forme des billes 7 sur les plots 6 de la face inférieure de la pla- quette 2, aux emplacements o la résine photosensible de la première couche 8 a été ôtée. On obtient ainsi un boîtier tel que celui représenté à la figure 2. L'invention permet d'éliminer tout risque d'endomma- gement de la puce 1 ou de la couche de résine photosensible 8 ou 9, sous l'effet d'une dilatation de l'air humide contenu dans les trous traversants 3 des structures connues. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, chacun des constituants décrits pour les couches pourra être remplacé par un ou plu- sieurs constituants présentant les mêmes caractéristiques et/ou remplissant la même fonction. En outre, la succession des étapes donnée à titre d'exemple peut être modifiée selon les matériaux et moyens de dépôt et/ou gravure utilisés. Si les trous métallisés 3 disposés sous la puce 1 doivent être reliés à des bornes distinctes, la colle 10 sera choisie électriquement isolante. Dans le cas o tous ces trous 3 seraient reliés à un même plan de masse, la colle 10 pourra être électriquement conductrice. Si le procédé de fabrication est tel que l'on craint qu'il subsiste de très petites bulles d'air dans les trous 3, on pourra procéder à un perçage de la couche de résine en face de ces trous, par exemple au moyen d'un outillage constitué d'un réseau de pointes. D'autre part, l'homme de l'art comprendra que la pré- sente invention s'applique aussi au cas o chacune des billes 7 est remplacée par une pointe ou broche. REVENDICATIONS 1. Boîtier de circuit intégré comprenant: - une plaquette isolante (2) munie de trous tra- versants métallisés (3) reliés à des pistes conductrices, les pistes conductrices d'une face inférieure menant à des premiers plots (6) destinés à recevoir des billes ou broches de raccor- dement (7), les pistes conductrices d'une face supérieure menant à des seconds plots (4) connectés à des bornes d'une puce (1) de circuit intégré; - ladite puce (1) collée sur la face supérieure de la plaquette (2); - un matériau d'encapsulation (11) enrobant la puce (1); - une première couche d'isolement (8) déposée sur la surface inférieure de la plaquette (2) et ouverte en regard desdits premiers plots (6); - une seconde couche d'isolement (9) déposée sur la surface supérieure de la plaquette (2) et ouverte en regard desdits seconds plots (4); caractérisé en ce que ladite seconde couche d'isole- ment (9) est ouverte au moins en regard desdits trous traver- sants (3), du matériau d'encapsulation (11) étant présent dans ces trous (3). 2. Boîtier de circuit intégré selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'il comporte des trous traversants (3) à l'aplomb de la puce (1), de la colle (10) d'accrochage de la puce (1) étant présente dans ces trous (3). 3. Boîtier de circuit intégré selon la revendica- tion 1 ou 2, caractérisé en ce que la seconde couche d'isole- ment (9) est entièrement ouverte sous le matériau d'encapsula- tion (11). 4. Boîtier de circuit intégré selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les couches d'isolement (8, 9) sont constituées de résine photosensible. 5. Boîtier de circuit intégré selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le matériau d'encapsulation (11) est une résine époxy. 6. Boîtier de circuit intégré selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la colle (10) d'accrochage de la puce (1) est thermiquement conductrice. 7. Procédé de montage de circuit intégré comprenant les étapes suivantes: - réalisation de trous traversants dans une pla- quette isolante (2); - dépôt d'une couche conductrice sur les deux faces de la plaquette (2), selon un motif de pistes de con- nexion des trous métallisés (3), à des premiers plots (6) de connexion à des billes de raccordement (7) en face inférieure, et à des seconds plots (4) de connexion à des bornes d'une puce (1) de circuit intégré en face supérieure; - dépôt d'une première couche de résine photo- sensible isolante (8) sur la face inférieure de la plaquette (2) et ouverture de cette première couche (8) en regard desdits premiers plots (6); - dépôt d'une seconde couche de résine photosen- sible isolante (9) sur une face supérieure de la plaquette (2) et ouverture de cette seconde couche (9) en regard desdits second plots (4); - collage de la puce (1) au moyen d'une couche de colle (10); réalisation des connexions des bornes de la puce (1) auxdits seconds plots (4), au moyen de fils conduc- teurs (5); - encapsulation dans une résine époxy (11); - dépôt de billes de raccordement (7) en face inférieure de la plaquette (2) sur lesdits premiers plots (6); caractérisé en ce qu'il consiste à ouvrir ladite seconde couche de résine photosensible (9) au moins en regard desdits trous traversants (3). 8. Procédé de montage de circuit intégré selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il consiste à ouvrir la seconde couche de résine photosensible (9) dans toute une zone de la plaquette (2) destinée à être revêtue de résine époxy (11). 9. Procédé de montage de circuit intégré selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il consiste à réali- ser des trous métallisés (3) à l'aplomb de la puce (1). 10. Procédé de montage de circuit intégré selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de dépôt électrolytique d'un matériau à haute conductivité sur les pistes et plots de con- nexion (4, 6), préalablement au collage de la puce (1).