Brevet FR2772516A1 — publié le 19990618

La présente invention concerne la technologie des circuits électro- niques, notamment des circuits électroniques de dispositifs médicaux implantables actifs tels que les stimulateurs ou défibrillateurs cardia- ques. En effet, dans ces domaines, la miniaturisation des circuits est un paramètre essentiel, et l'on se trouve souvent confronté à la difficulté consistant à trouver un compromis entre, d'une part, l'augmentation du nombre et de la taille des composants électroniques pour disposer d'ap- pareils intégrant un plus grand nombre de fonctions et, d'autre part, la miniaturisation de plus en plus poussée du circuit, de manière à ne pas empiéter sur le volume nécessaire à la pile d'alimentation. Jusqu'à présent, ces circuits sont habituellement réalisés sur un substrat double face portant, d'un côté, les circuits intégrés incorporant les diverses puces encapsulées et, de l'autre côté, les composants dis- crets passifs (condensateurs, résistances, etc.) et actifs (diodes). L'un des buts de l'invention est de proposer une nouvelle technolo- gie de réalisation d'un circuit électronique procurant un gain de place important, afin de pouvoir réduire les dimensions du circuit dans des proportions très importantes. Un autre but de l'invention est la rationalisation du processus de fabrication des circuits, en permettant notamment un report direct des puces sur le substrat, ces puces étant directement obtenues après dé- coupe d'une tranche, sans traitement additionnel ni encapsulation. Un autre but encore de l'invention est de permettre une plus gran- de densité d'intégration des composants discrets et une plus grande densité de routage des diverses interconnexions, en permettant l'utili- sation de la surface de la surface déjà occupée par les puces pour l'ad- jonction de couches d'interconnexion supplémentaires et/ou de compo- sants additionnels. Le procédé de l'invention, qui concerne le report d'une puce de mi- crocircuit sur un substrat destiné à recevoir cette puce ainsi que d'au- tres composants électroniques associés pour former un circuit électroni- que, est caractérisé par les étapes suivantes: a) obtention d'une puce nue individualisée portant sur l'une de ses faces des plages de contact électrique; b) obtention d'un substrat comportant une cavité de profon- deur et d'étendue supérieures à celles de la puce; c) mise en place de la puce au fond de la cavité, plages de contact tournées vers l'extérieur; d) report sur les plages de contact de la puce de fils de liaison électrique émergeant au-dessus du niveau du substrat; e) remplissage de la cavi- té par une résine isolante affleurant le plan du substrat et recouvrant la puce en laissant des fils de liaison émergents; f) réalisation de con- nexions électriques entre les fils de liaison émergents et un motif d'in- terconnexion du substrat; et g) report sur le substrat desdits compo- sants supplémentaires associés. Selon diverses formes de mise en oeuvre avantageuses: - au moins certains des composants supplémentaires de l'étape f) sont reportés au- dessus de la puce; - l'étape c) comporte le collage de la puce au fond de la cavité au moyen d'un film de colle d'épaisseur contrôlée; - l'étape f) comporte la formation au-dessus de la puce d'une plura- lité de couches d'interconnexion supplémentaires; - les étapes b) à g) sont accomplies collectivement sur une plaque de substrat unique portant une pluralité de circuits électroniques, et sont ensuite suivies d'une étape de découpe du substrat pour l'indi- vidualisation de ces circuits électroniques. L'invention vise également, en tant que produit industriel nou- veau, un tel circuit électronique, c'est-à-dire comportant au moins une puce reportée, ainsi que d'autres composants électroniques associés, sur un substrat, dans lequel la puce est une puce nue non encapsulée, portant sur sa face tournée vers l'extérieur des plages de contact élec- trique, et cette puce est enterrée dans l'épaisseur du substrat, au fond d'une cavité remplie d'une résine isolante affleurant le plan du substrat et recouvrant la puce à l'exception de fils de liaison reliés à un motif d'interconnexion du substrat. 0 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de mise en oeuvre, en référence aux dessins annexés. La figure 1 est une vue en coupe partielle d'un circuit double face réalisé selon les enseignements de l'invention. La figure 2 est une vue agrandie du détail repéré II sur la figure 1. Les figures 3 et 4 montrent à la même échelle, à titre de comparai- son, le même circuit réalisé respectivement avec la technologie de l'art antérieur et avec celle de l'invention. Sur la figure 1, la référence 10 désigne de façon générale un circuit électronique réalisé selon les enseignements de l'invention, qui est dans cet exemple un circuit double face comportant sur chacune de ses faces une ou plusieurs puces de circuit intégré 12 ainsi que, reportés sur la surface 16, divers composants discrets 18, actifs ou passifs, par exem- ple des composants CMS. De façon caractéristique de l'invention, les puces 12 sont des puces nues, c'est-à-dire des plaquettes directement issues de-la tranche de si- licium après découpe de celle-ci en composants individuels, sans traite- ment supplémentaire, enrobage ni encapsulation. Les puces 12 comportent en surface des plages de contact ou pads 14 (visibles sur le détail de la figure 2) tournées vers le haut; on expo- sera plus loin la manière dont est réalisée la prise de contact à ces pla- ges 14. Le circuit est réalisé sur un substrat 20 qui, dans cet exemple, est un substrat multicouche incorporant une pluralité de couches isolantes 22 portant des métallisations conductrices 24 reliées entre elles par des vias internes 26, et à des métallisations de surface par des vias exter- nes 28. Ce substrat 20 est un substrat de type classique, généralement réalisé en verre époxy, polyimide ou équivalent. De façon également caractéristique de l'invention, ce substrat com- porte (dans cet exemple, sur chacune de ses faces) une ou plusieurs ca- vités 30 dont les dimensions, en surface et en épaisseur, sont légère- ment supérieures à celles des puces 12 que ces cavités sont destinées à recevoir. Les cavités peuvent être réalisées par enlèvement de matière, c'est-à-dire par usinage du substrat multicouche après réalisation de celui-ci, ou bien directement au moment de la formation de l'empile- ment de couches, en prévoyant alors pour la dernière couche une dé- coupe de la taille voulue, qui formera la cavité après superposition aux autres couches, restées pleines. La puce 12 est mise en place au fond de la cavité 30 avec interposi- tion d'une épaisseur 32 de colle (par exemple une colle avec trame), permettant de parfaitement maîtriser le positionnement en épaisseur de la puce dans la cavité. Une fois collée au fond de la cavité, la puce reçoit sur chacune de ses plages de contact 14 une série de liaisons électriques, par exemple sous forme d'une boule 34 prolongée par une queue verticale 36. Cette prise de contact est réalisée par une technique exposée dans le WO-A- 93/24956, dont la demanderesse est co-titulaire et auquel on pourra se référer pour de plus amples détails sur la réalisation des liaisons élec- triques. La cavité 30 est ensuite remplie d'une résine 38, en une quantité qui permet d'enterrer complètement la puce, à l'exception des queues 36 des fils de liaison aux plages de contact 14. Le matériau de la résine 38 est un matériau tel qu'un polyimide, une polyphénylquinoxaline, un polysiloxane, une résine époxy ou ana- logue. Son coefficient de dilatation est choisi pour être le même que ce- lui du matériau du substrat (par exemple 19 ppm pour un substrat en verre époxy), et il est coulé et durci in situ, par exemple par exposition aux UV ou passage en température. Après durcissement de la résine, le substrat pourvu des puces en- terrées est soumis, à une opération de polissage ou rectification de ma- nière à ajuster l'état de surface et couper les queues 36 au ras de la surface obtenue. L'étape suivante est une étape de dépôt d'une couche de métallisa- tion (par exemple de nickel), qui est gravée pour réaliser les prises de connexion 40 sur chacune des queues 36, toujours de la manière ensei- gnée par le WO-A-93/24956 précité. Le circuit obtenu peut éventuellement recevoir, notamment au- dessus des puces, des couches d'interconnexion supplémentaires réa- lisées selon la technique dite des "micro-vias". Cette technique consiste à déposer des couches 42 de matériau isolant qui sont gravées pour former des prises de contact 44 traversant l'épaisseur de la couche et reliées à des conducteurs métalliques 46. On peut ainsi superposer plusieurs couches pour augmenter la densité de routage du motif d'interconnexion du circuit. L'ensemble reçoit enfin une couche finale 48 qui sera la couche de surface du substrat, et sur laquelle seront reportés les composants dis- crets 18, généralement des composants CMS. Avantageusement, les diverses étapes que l'on vient d'exposer ci- dessus sont opérées sur une plaque de substrat de grande dimension, correspondant à une pluralité de circuits individuels réalisés collective- ment et qui seront individualisés ultérieurement par découpe de la pla- que. La figure 3 est une vue en plan de l'une des faces d'un circuit 10 réalisé conformément aux enseignements de l'art antérieur. Il s'agit d'un circuit double face, o l'une des faces porte les circuits intégrés sous forme de composants encapsulés 18 (au nombre de quatre dans l'exemple illustré) et l'autre face (non visible sur la figure) porte les di- vers composants discrets. La surface d'un tel circuit est de l'ordre de 900 mm2. La figure 4 montre, à titre de comparaison, le même circuit réalisé selon les enseignements de l'invention. Il s'agit toujours d'un circuit double face, mais les puces sont enterrées des deux côtés du circuit, et les composants discrets sont reportés sur les deux côtés du circuit, également. La face du circuit visible figure 4 porte la puce qui était cel- le du circuit de gauche sur la figure 3, mais celle-ci est désormais en- terrée dans l'épaisseur du substrat (le contour 50 en tiretés illustre sa position) et recouverte de composants discrets tels que 52, reportés au- dessus de cette puce. L'autre face du circuit porte les trois autres puces, ainsi que d'autres composants discrets. Grâce à la technologie mise en oeuvre selon l'invention, ii est possi- ble de réduire la surface du substrat de 900 à 495 mm2, soit un gain de %, avec le même nombre de composants, les mêmes puces et donc exactement les mêmes fonctionnalités que le circuit de l'art antérieur. On notera que, outre le gain en surface, l'invention procure un gain en épaisseur de l'ordre de 30 %, grâce à la suppression des boîtiers des puces et à l'incorporation de celles-ci dans l'épaisseur du substrat. Le gain total en volume peut alors atteindre 60 %. REVENDICATIONS 1. Un procédé de report d'une puce de microcircuit sur un substrat destiné à recevoir cette puce ainsi que d'autres composants électroni- ques associés pour former un circuit électronique, notamment le circuit électronique d'un dispositif médical implantable actif tel qu'un stimula- teur ou défibrillateur cardiaque, caractérisé par les étapes suivantes: a) obtention d'une puce nue individualisée (12) portant sur l'une de ses faces des plages de contact électrique (40); b) obtention d'un substrat (10) comportant une cavité (30) de profon- deur et d'étendue supérieures à celles de la puce; c) mise en place de la puce au fond de la cavité, plages de contact tournées vers l'extérieur; d) report sur les plages de contact de la puce de fils de liaison électri- que (34, 36) émergeant au-dessus du niveau du substrat; e) remplissage de la cavité par une résine isolante (38) affleurant le plan du substrat et recouvrant la puce en laissant des fils de liai- son émergents; f) réalisation de connexions électriques entre les fils de liaison émer- gents et un motif d'interconnexion (24, 26, 28) du substrat; et g) report sur le substrat desdits composants supplémentaires associés (18). 2. Le procédé de la revendication 1, dans lequel au moins certains des composants supplémentaires de l'étape f) sont reportés au-dessus de la puce. 3. Le procédé de la revendication 1, dans lequel l'étape c) comporte le collage de la puce au fond de la cavité au moyen d'un film de colle (32) d'épaisseur contrôlée. 4. Le procédé de la revendication 1, dans lequel l'étape f) comporte la formation au-dessus de la puce d'une pluralité de couches d'intercon- nexion supplémentaires (42, 44, 46). 5. Le procédé de la revendication 1, dans lequel les étapes b) à g) sont accomplies collectivement sur une plaque de substrat unique por- tant une pluralité de circuits électroniques, et sont ensuite suivies d'une étape de découpe du substrat pour l'individualisation de ces cir- cuits électroniques. 6. Un circuit électronique, notamment le circuit électronique d'un dispositif médical implantable actif tel qu'un stimulateur ou défibrilla- teur cardiaque, comportant au moins une puce (12) reportée, ainsi que d'autres composants électroniques associés (18), sur un substrat (10), caractérisé en ce que: - la puce est une puce nue non encapsulée, portant sur sa face tour- née vers l'extérieur des plages de contact électrique (40), et - cette puce est enterrée dans l'épaisseur du substrat, au fond d'une cavité (30) remplie d'une résine isolante (38) affleurant le plan du substrat et recouvrant la puce à l'exception de fils de liaison reliés à un motif d'interconnexion (24, 26, 28) du substrat. 7. Le circuit électronique de la revendication 6, dans lequel au moins certains des composants supplémentaires sont reportés au-des- sus de la puce. 8. Le circuit électronique de la revendication 6, comprenant au- dessus de la puce une pluralité de couches d'interconnexion supplé- mentaires (42, 44, 46).