Brevet FR2740609A1 — publié le 19970430

BOITIER DE CIRCUIT INTEGRE A MATRICE DE BITTLLES La présente invention concerne l'encapsulation de dispositifs semiconducteurs, et concerne plus particulièrement des boîtiers à matrice de billes. Un boîtier à matrice de billes sans broches de connexion est décrit dans le brevet des États-Unis N 5 241 133 et un procédé pour réaliser un tel boîtier par moulage à trans- fert est décrit dans le brevet des États-Unis N 5 218 759. Des boîtiers sans broches de connexion, communément appelés boîtiers à matrice de billes ou BGA ("Ball Grid Array"), ont été récemment développés. Ces boîtiers BGA sont devenus popu- laires essentiellement du fait de leur densité de connexion élevée et de leur faible épaisseur. Toutefois, un problème associé aux boîtiers BGA du type de ceux décrits dans les brevets des États-Unis susmentionnés est que leur surface est importante. Un autre problème est lié à la dissipation de chaleur dans ces boîtiers BGA. Les surfaces de ces boîtiers BGA sont comprises environ entre un carré de 7 millimètres de côté et un carré de 50 mil- limètres de côté, la taille la plus courante étant de 27x27=729 mm2. La surface maximale du circuit intégré que l'on peut typiquement loger dans un boîtier BGA de taille 27x27 est xl5=225 mm2. Ainsi, pour un circuit intégré carré de 15 rmm de côté disposé dans un boîtier BGA carré de 27 nmmn de côté, environ % de la surface du boîtier BGA entoure le circuit intégré. En d'autres termes, quand un circuit intégré est fixé au substrat d'un boîtier BGA, c'est-à-dire un circuit imprimé, il occupe seu- lement environ 30 % de la surface totale du boîtier, le solde de % étant utilisé pour réaliser les connexions, les traversées, les plots de contact, les plots pour recevoir les billes, etc. Pour favoriser la dissipation de chaleur, il existe des boîtiers BGA qui utilisent divers types de dissipateurs sur lequel le circuit intégré est fixé mécaniquement, et parfois électriquement. Le dissipateur est mécaniquement fixé au substrat, ou circuit imprimé, du boîtier BGA, le substrat étant muni d'une ouverture pour loger le circuit intégré. Le circuit intégré est alors relié électriquement au circuit imprimé subs- trat, qui peut être un circuit imprimé monocouche ou multi- couches. Les boîtiers BGA sont relativement coûteux à produire en raison du coût de production du circuit imprimé substrat, notamment des circuits imprimés substrat multicouches pour les boîtiers BGA de puissance. En outre, on produit une quantité notable de déchets de circuit imprimé non-recyclables qui résultent des procédés actuels de manipulation de circuits imprimés substrat par bandes. Ces bandes, qui sont couramment des bandes de lx6 substrats de boîtier BGA, comportent des rails de guidage et des trous entou- rant chaque substrat. Dans le cas d'un substrat de boîtier BGA de puissance, qui comporte une ouverture, la quantité de déchets est encore plus importante. Un objet de la présente invention est de prévoir un boîtier à matrice de billes dont l'encombrement est particuliè- rement faible. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel boîtier à matrice de billes qui présente une faible impé- dance thermique. Ces objets sont atteints grâce à un boîtier de circuit intégré comprenant une puce fixée à un substrat d'interconnexion muni, du côté opposé de la puce, d'une matrice de points de connexion (par exemple des billes) couplés à des plots de contact d'une face active de la puce. Le substrat est fixé sur la face active de la puce et ne dépasse pas les bords de la face active. Selon un mode de réalisation de l'invention, les plots de contact de la puce sont disposés à la périphérie de la puce et ne sont pas couverts par le substrat qui comporte des plots de contact, du côté de la matrice de points de connexion, reliés par fils aux plots de contact de la puce. Selon un mode de réalisation de l'invention, un maté- riau protecteur enrobe les bords du substrat et les fils, en laissant exposées la matrice de points de connexion et une face inactive de la puce, du côté opposé à la face active. Selon un mode de réalisation de l'invention, le maté- riau protecteur enrobe également les bords de la puce et ne dépasse pas la face inactive de la puce. Selon un mode de réalisation de l'invention, le subs- trat comprend au moins deux couches d'interconnexion, dont une première, fixée sur la puce, comporte les plots de contact du substrat, et une deuxième, comportant la matrice de points de connexion, ne couvre pas les plots de contact du substrat. Selon un mode de réalisation de l'invention, un maté- riau protecteur enrobe les bords du substrat et les fils, et ne dépasse pas le plan de la matrice de points de connexion. 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 jointes parmi lesquelles: la figure 1 illustre une vue en coupe d'un mode de réa- lisation de boîtier à matrice de billes selon la présente inven- tion; la figure 2 illustre une vue en coupe d'un autre mode de réalisation de boîtier à matrice de billes selon la présente invention; la figure 3 illustre une vue en coupe d'un troisième mode de réalisation de boîtier à matrice de billes selon la présente invention; et la figure 4 illustre une vue de dessous du boîtier à matrice de billes de la figure 3. Les figures qui illustrent les divers modes de réali- sation de la présente invention comportent les mêmes éléments ou des éléments similaires. Ainsi, lorsque les mêmes éléments ou des éléments similaires apparaissent dans les diverses figures, ils seront désignés par les mêmes références. Dans la figure 1, un boîtier à matrice de billes (BGA) 90 comporte deux éléments principaux: un circuit intégré 100 et un circuit imprimé substrat 110. Selon l'invention, le circuit imprimé substrat 110 est sensiblement de la même taille que le circuit intégré, ou puce. Ainsi, un boîtier BGA selon l'invention aura sensiblement la taille de la puce. Le circuit intégré 100 et le circuit imprimé 110 cormportent chacun deux faces sensiblement planes, respectivement A, B et X, Y. La face A est la face inactive du circuit intégré 100 et la face B est la face active. La face B est active dans le sens qu'il s'agit de la face par laquelle s'effectuent toutes les connexions électriques au monde externe: la face B comnporte les plots de contact 115 du circuit intégré. La face X est la face inactive du circuit imprimé 110 et la face Y est la face active. La face Y est active dans le sens qu'il s'agit de la face par laquelle s'effectuent toutes les connexions électriques au circuit intégré 100 et au monde externe. La face Y comporte tous les plots de contact 120 du circuit imprimé, les plots 125 recevant les billes, et toutes les connexions fonctionnelles (non représentées) entre ces plots. La face X du circuit imprimé est fixée mécaniquement, au moyen d'un adhésif non-conducteur 127, à la face B du circuit intégré. Le circuit imprimé 110 est dimensionné et positionné sur le circuit intégré 100 de manière qu'il soit situé à l'intérieur de la périphérie interne des plots de contact 115 du circuit intégré. En d'autres termes, le circuit imprimé est dimensionné et positionné de manière qu'il ne recouvre aucun des plots de contact 115 du circuit intégré. Des fils de connexion 130 sont reliés entre les plots de contact respectifs 115 et 120 du circuit intégré 100 et du circuit imprimé 110 pour réaliser les connexions électriques adé- quates entre ces circuits. Les connexions fonctionnelles susmen- tionnées du circuit imprimé relient électriquement les plots de contact 120 du circuit imprimé, et donc ceux 115 du circuit inté- gré 100, aux plots 125 recevant les billes 135. L'entraxe S des billes est couramment compris entre 1 et 1,3 millimètre et le diamètre D des billes est compris sensi- blement entre 400 et 650 micromètres. Ainsi, en utilisant de telles dimensions S et D, le boîtier BGA selon l'invention peut être rendu compatible avec les normes JEDEC actuelles pour tester des circuits intégrés à liaisons par fils. Par ailleurs, la demanderesse estime que lors de déve- loppements futurs dans ce domaine technologique, il sera possible de tester, aux normes JEDEC, des boîtiers BGA dont les billes ont un entraxe S inférieur à 0,5 millimètre et des diamètres D infé- rieurs à 200 micromrtres. Ainsi, lors de la maturation de cette technologie, la présente invention pourra offrir des boîtiers BGA aux dimensions de la puce disposant d'un nombre plus important d'entrées/sorties, c'est-à-dire de billes 135. Les plots de contact 115 du circuit intégré, les plots de contact 120 du circuit imprimé, et les fils de connexion 130 sont protégés mécaniquement et électriquement par une matière plastique 140. Dans ce mode de réalisation, le matériau protec- teur 140 couvre les plots et les fils de connexion, enveloppe les bords 145 du circuit intégré 100, et arrive sensiblement au niveau de la face A. Il est préférable d'assurer que le matériau protecteur 140 arrive au plus au niveau de la face A, de manière que l'on puisse fixer directement sur la face A un dissipateur thermique. La fixation directe d'un dissipateur thermique sur la face A du circuit intégré 100 est particulièrement efficace pour dissiper la chaleur produite par le circuit intégré 100. Un autre avantage de ce boîtier BGA aux dimensions de la puce est que sa hauteur est faible, puisqu'il n'est pas néces- saire de recouvrir de matériau protecteur la face A du circuit intégré 100. La figure 2 représente une vue en coupe d'un autre mode de réalisation de boîtier BGA aux dimensions de la puce selon la présente invention. Le boîtier BGA 90' est sensiblement identique à celui de la figure 1 excepté que, dans ce mode de réalisation, le matériau protecteur 140 n'enveloppe pas les bords 145 du circuit intégré 100. Au lieu de cela, le matériau protecteur 140 arrive sensiblement au niveau des bords 145 du circuit intégré 100. Les figures 3 et 4 représentent une vue en coupe et une vue de dessous d'un troisième mode de réalisation de boîtier BGA aux dimensions de la puce selon la présente invention. Le boîtier BGA 90" est sensiblement identique à celui de la figure 1, excepté que, dans ce mode de réalisation particulier, le circuit imprimé 110 est un circuit imprimé multicouches qui comporte des première et deuxième couches stratifiées 110', 110". Le circuit imprimé multicouches peut, bien entendu, comporter trois couches stratifiées ou davantage. La première couche 110' est similaire à la couche 110 de la figure 1. Les fils de connexion 130 sont reliés à des plots de contact 120 de cette couche 110' comme précédemment. La deuxième couche 110" est dimensionnée et positionnée sur la première couche 110' de manière qu'elle soit à l'intérieur de la périphérie interne des plots de contact 120 de la première couche 110'. En d'autres termes, la deuxième couche de circuit imprimé 110" est dimensionnée et positionnée de manière qu'elle ne recouvre aucun des plots de contact 120 de la première couche. Cette deuxième couche 110" est munie des plots 125 recevant les billes et comnporte des connexions électriques adéquates, par des trous métallisés, entre les plots 125 et la première couche 110'. REVENDICATICOS 1. Boîtier de circuit intégré (90, 90', 90") comprenant une puce (100) fixée à un substrat d'interconnexion (110) muni, du côté opposé de la puce, d'une matrice de points de connexion (125, 135) couplés à des plots de contact (115) d'une face active (B) de la puce, caractérisé en ce que le substrat est fixé sur la face active de la puce et ne dépasse pas les bords de la face active. 2. Boîtier de circuit intégré selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plots de contact (115) de la puce (100) sont disposés à la périphérie de la puce et ne sont pas couverts par le substrat (110) qui comporte des plots de contact (120), du côté de la matrice de points de connexion, reliés par fils (130) aux plots de contact de la puce. 3. Boîtier de circuit intégré selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un matériau protecteur (140) enrobe les bords du substrat (110) et les fils (130), en laissant exposées la matrice de points de connexion (125, 135) et une face inactive (A) de la puce, du côté opposé à la face active (B). 4. Boîtier de circuit intégré selon la revendication 3, caractérisé en ce que le matériau protecteur (140) enrobe égale- ment les bords de la puce (100) et ne dépasse pas la face inac- tive (B) de la puce. 5. Boîtier de circuit intégré selon la revendication 2, caractérisé en ce que le substrat comprend au moins deux couches d'interconnexion, dont une première (110'), fixée sur la puce (100), comrporte les plots de contact (120) du substrat, et une deuxième (110"), comportant la matrice de points de connexion (125, 135), ne couvre pas les plots de contact du substrat. 6. Boîtier de circuit intégré selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un matériau protecteur (140) enrobe les bords du substrat (110) et les fils (130), et ne dépasse pas le plan de la matrice de points de connexion (125, 135).