Brevet FR2767389A1 — publié le 19990219

" Dispositif semi-conducteur à moyen optoélectronique d'échanges à distance de signaux" La présente invention concerne le domaine de la microélectronique et plus particulièrement un dispositif semi- conducteur comprenant une pastille formant un circuit intégré et un substrat de connexion dans lequel sont prévus, entre les faces juxtaposées de la pastille et du substrat, des éléements ponctuels ou billes de connexion du substrat à la pastille répartis sous la forme d'une matrice et dans lequel le substrat présente des moyens de connexion extérieure reliés auxdites billes de connexion. Le dispositif semi-conducteur selon l'invention comprend une pastille formant un circuit intégré et un substrat de connexion, dans lequel sont prévus, entre les faces juxtaposées de la pastille et du substrat, des éléments ponctuels ou billes de connexion répartis sous la forme d'une matrice et dans lequel le substrat présente des moyens de connexion extérieure reliés auxdits points de connexion, Selon l'invention, le dispositif semi-conducteur comprend en outre au moins un moyen d'échanges de signaux lumineux comprenant deux parties optoélectroniques comprenant respectivement au moins un émetteur et au moins un récepteur disposés à distance et au regard l'un de l'autre et susceptibles d'échanger entre eux des signaux lumineux, l'une desdites parties étant intégrée dans ladite pastille et constituant un composant dudit circuit intégré et l'autre partie étant portée par ledit substrat et connectable extérieurement au substrat. Selon l'invention, ledit moyen d'échanges peut être avantageusement disposé dans une zone exempte de points de connexion. Selon une variante préférée de l'invention, la partie dudit moyen d'échanges portée par le substrat comprend au moins une fibre optique dont la partie d'extrémité est engagée au travers d'un orifice traversant du substrat formé de manière à coupler optiquement et à distance l'extrémité de ladite fibre à la partie dudit moyen d'échanges intégrée dans ladite pastille, au travers de l'espace séparant la pastille et le substrat. 1 Selon l'invention, ledit orifice s'étend de préférence perpendiculairement à l'espace séparant la pastille et le substrat. Selon l'invention, ledit orifice peut avantageusement présenter, dans sa paroi, des rainures axiales. Selon l'invention, la partie d'extrémité de ladite fibre est de préférence collée dans ledit orifice du substrat. Selon l'invention, une résine d'étanchéité est de préférence injectée dans l'espace séparant la pastille et le substrat et transparente auxdits signaux lumineux, cette résine collant ladite fibre au substrat. Selon l'invention, la partie dudit moyen d'échanges constituant un composant dudit circuit intégré est de préférence dans le sens de l'épaisseur de la pastille, un dernier composant de ce circuit. Selon l'inventiton, les moyens de connexion du substrat comprennent de préférence des plots ou billes de connexion extérieure répartis sous la forme d'une matrice sur sa surface opposée à la pastille. Selon l'invention, le substrat peut avantageusement constituer une portion de la paroi d'un boîtier d'encapsulation de la pastille. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de dispositifs semiconducteurs décrits à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par le dessin sur lequel - la figure 1 représente une coupe schématique transversale d'un dispositif semi-conducteur selon l'inveniton - la figure 2 représente une coupe agrandie de la figure 1, montrant une première variante d'un dispositif semi-conducteur selon la présente invention; - la figure 3 représente une coupe agrandie de la figure 1, montrant une seconde variante du dispositif semi-conducteur selon la présente invention; - et la figure 4 représente une vue extérieure partielle du dispositif semi-conducteur des figures 2 et 3. En se reportant à la figure 1, on voit qu'on a représenté un dispositif semi-conducteur repéré d'une manière générale par la référence 1 qui comprend une pastille 2 formant un circuit intégré, encapsulée dans un boîtier 3 qui comprend une cuvette 4 et un 1 couvercle 5. Le fond 6 de la cuvette 4 est constitué par un substrat intégrant une multiplicité de lignes de connexion 7 reliant des billes de connexion extérieure 8 disposées sur la face extérieure 9 de la paroi 6 à des billes de connexion 10 interposées dans l'espace 1 1 séparant la face intérieure 12 de la paroi 6 du boîtier 3 et la face avant 13 de la pastille 2, ces billes 10 étant reliées au circuit intégré dans la pastille 2. Les billes de connexion extérieure 8 et les billes de connexion intérieure 10 sont réparties sous la forme de matrice laissant des zones correspondantes 14 et 15 situées de part et d'autre de la paroi 6 du boîtier 3 exemptes de billes et exemptes de connexions internes dans cette paroi 6. Dans les zones 14 et 15 exemptes de billes, le dispositif semi- conducteur 1 comprend un moyen optoélectronique 16 d'échanges de signaux lumineux en deux parties, dont une partie 17 constitue un composant du circuit intégré dans la pastille 2 et dont une partie 18 est portée par la paroi 6 du boîtier 3, ces parties 17 et 18 étant susceptibles d'échanger des signaux lumineux au travers de l'espace I I séparant la pastille 2 et la paroi 6 du boîtier 3. En se reportant à la variante de la figure 2, on voit que la partie 17 comprend un récepteur optoélectronique 19 constitué par exemple par une diode sensible à la lumière, constituant un composant du circuit intégré dans la pastille 2. Cette diode constitue un dernier composant dans le sens de l'épaisseur de la pastille et est réalisée en arrière d'une couche d'isolant 20 de dioxyde de silicium et d'une couche superficielle 21 de passivation. La partie 18 portée par la paroi 6 du boîtier 3 comprend un fibre optique 22 dont une partie d'extrémité 23 est engagée dans un orifice traversant 24 de la paroi 6, réalisé dans le sens de son épaisseur, perpendiculairement à l'espace 11, de telle sorte que son extrémité 25 soit orientée en direction de la diode réceptrice 19 intégrée dans la pastille 2. La fibre optique 22 présente, à l'extérieur du dispositif semi- conducteur 1, une branche libre dont l'extrémité peut être adaptée pour 1 être connectée à un émetteur de signaux lumineux, la fibre optique 22 véhiculant ces signaux jusqu'à son extrémité 24 qui constitue un émetteur couplé à la diode réceptrice 13 au travers de l'espace 1l 1 séparant la pastille 2 de la paroi 6 du boîtier 3. Les signaux ainsi captés par la diode réceptrice 19 sont transformés par cette dernière en signaux électriques qui peuvent être traités par d'autres composants intégrés dans la pastille 2. Comme on peut le voir sur la figure 4, la paroi de l'orifice 24 traversant la paroi 6 du boîtier 3 et recevant l'extrémité 23 de la fibre 22, présente des rainures axiales 24a. Dans l'espace 11 séparant la pastille 2 de la paroi 6 du boîtier 3, est injectée une résine d'étanchéité 1 la qui permet de renforcer la liaison mécanique entre la pastille 2 et le boîtier 3 et qui en outre pénètre dans l'orifice 24 et ses rainures axiales 24a de manière à fixer l'extrémité 23 de la fibre 22 à la paroi 6 du boîtier 3. La résine d'étanchéité 1 la est bien entendu choisie de manière à être transparente aux signaux lumineux s'échangeant entre la fibre optique 22 et la diode réceptrice 19. La fabrication du dispositif semi-conducteur 1 peut être réalisée de la manière suivante. Tout d'abord, on réalise le perçage 24 de la paroi 6 du boîtier 3, par exemple par gravure ultra-sons. On soude la pastille 2 sur la paroi 6, par l'intermédiaire des billes de connexion 10. On met en place l'extrémité 23 de la fibre optique 22 dans l'orifice traversant 24. On injecte la résine d'étanchéité et de collage 1 la dans l'espace 11 séparant la pastille 2 et la paroi 6 du boîtier 3 et, après polymérisation et durcissement de cette résine, on réalise l'encapsulation en fixant le couvercle 5 du boîtier 3 sur sa cuvette 4. En se reportant à la variante représentée sur la figure 3, on voit que la partie 17 du moyen d'échanges 16 comprend un émetteur de signaux lumineux, en particulier constitué par une diode électroluminescente 25 obtenue notamment par hétéroépytaxie de matériaux de la classe 111-5, notamment de AsGal, constituant un dernier composant intégré dans la pastille 2 dans le sens de son épaisseur, en arrière d'une couche isolante de dioxyde de silicium 26 et 1 d'une couche terminale de passivation 27. Comme dans la variante de réalisation de la figure 2, la partie 18 du moyen d'échange 16 comprend une fibre optique 28 dont la partie d'extrémité 29 est engagée et fixée dans un orifice traversant 30 de la paroi 6 du boîtier 3. L'extrémité 31 de la fibre optique 28, située dans l'espace 11 séparant est susceptible de capter les signaux lumineux émis par la diode émettrice 25 intégrée dans la pastille 2 au travers de l'espace 11 séparant la pastille 2 et la paroi 6 du boîtier 3. Les signaux lumineux captés par l'extrémité fixe 31 de la fibre optique 28 sont transportés par cette dernière jusqu'à son autre extrémité, extérieure au boîtier 3, qui peut être reliée à un récepteur de signaux lumineux. Il convient d'observer que les moyens d'échanges de signaux lumineux 16, qui viennent d'être décrits en référence aux figures 2 et 3, ne présentent aucune liaison galvanique et n'engendrent aucun effet parasite résultant des connexions habituelles par conduction mécanique d'entrée/sortie, permettant ainsi de supprimer au moins certains des circuits de protection habituellement intégrés dans la pastille 2. Il permet en outre des entrées et/ou sorties de données à des débits très élevés. Bien entendu, la pastille 2 pourrait comprendre plusieurs diodes émettrices et/ou réceptrices, la paroi 6 du boîtier 2 portant, en vis-à-vis, autant de fibres couplées optiquement auxdites diodes. 1 REVENDICATIONS 1. Dispositif semi-conducteur comprenant une pastille formant un circuit intégré et un substrat de connexion, dans lequel sont prévus, entre les faces juxtaposées de la pastille et du substrat, des éléments ponctuels ou billes de connexion répartis sous la forme d'une matrice et dans lequel le substrat présente des moyens de connexion extérieure reliés auxdits points de connexion, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre au moins un moyen d'échanges de signaux lumineux (19) comprenant deux parties optoélectroniques (17, 18) comprenant respectivement au moins un émetteur et au moins un récepteur disposés à distance et au regard l'un de l'autre et susceptibles d'échanger entre eux des signaux lumineux, l'une desdites parties étant intégrée dans ladite pastille (2) et constituant un composant dudit circuit intégré et l'autre partie étant portée par ledit substrat (6) et connectable extérieurement au substrat. 2. Dispositif semi-conducteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit moyen d'échanges est disposé dans une zone (14, 15) exempte de points de connexion. 3. Dispositif semi-conducteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la partie dudit moyen d'échanges portée par le substrat comprend au moins une fibre optique (22) dont la partie d'extrémité (23) est engagée au travers d'un orifice (24) traversant du substrat formé de manière à coupler optiquement et à distance l'extrémité de ladite fibre à la partie (17) dudit moyen d'échanges intégrée dans ladite pastille, au travers de l'espace (11) séparant la pastille et le substrat. 4. Dispositif semi-conducteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit orifice s(24) 'étend perpendiculairement à l'espace (11) séparant la pastille et le substrat. 5. Dispositif semi-conducteur selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé par le fait que ledit orifice (24) présente, dans sa paroi, des rainures axiales (24a). 6. Dispositif semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé par le fait que la partie d'extrémité (23) 1 de ladite fibre optique (22) est collée dans ledit orifice (24) du substrat (6). 7. Dispositif semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé par le fait qu'il comprend une résine d'étanchéité (1la) injectée dans l'espace (11) séparant la pastille (2) et le substrat (6) et transparente auxdits signaux lumineux, cette résine collant ladite fibre optique (22) au substrat. 8. Dispositif semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la partie (17) dudit moyen d'échanges (16) constituant un composant dudit circuit intégré constitue, dans le sens de l'épaisseur de la pastille, un dernier composant de ce circuit. 9. Dispositif semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens de connexion du substrat comprennent des plots ou billes de connexion extérieure (8) répartis sous la forme d'une matrice sur sa surface opposée à la pastille (2). 10. Dispositif semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le substrat (6) constitue une portion de la paroi d'un boîtier (3) d'encapsulation de la pastille.