Brevet FR2793350A1 — publié le 20001110

i PROTECTION D'UNE PUCE SEMICONDUCTRICE La présente invention concerne les boîtiers de protec- tion des puces semiconductrices qui doivent être montées sur une plaquette de circuit imprimé. L'invention se rapporte aussi bien à des boîtiers de protection de puces constituant des composants électroniques individuels qu'à des boîtiers destinés à des puces de circuit intégré. On connaît de nombreux boîtiers pour protéger des puces en matériaux semiconducteurs. Ces boîtiers ont tous pour caracté- ristique commune de prévoir une encapsulation au moins partielle de la puce dans une résine ou analogue, cette résine servant à maintenir des fils de contact entre des plots de la puce et des pattes de raccordement du boîtier et/ou à protéger la puce contre des chocs éventuels. La miniaturisation des produits électroniques entraîne une recherche de miniaturisation des boîtiers. Par conséquent, on cherche de plus en plus à ce que la surface du boîtier dépassant de la puce (l'emprise du boîtier sur la plaquette de circuit imprimé) soit la plus réduite possible. Le plis souvent, on utilise une grille de connexion sur une zone centple de laquelle est rapportée, par soudure, une face, dite arbitrairement inférieure, de la puce semiconductrice. Puis, on encapsule l'ensemble dans de la résine avant d'indivi- dualiser les pattes de connexion vers l'extérieur du boîtier. Dans cette technique, des plots conducteurs en face supérieure de la puce sont reliés aux pattes de connexion individuelles par l'intermédiaire de fils encapsulés dans la résine. Une autre technique connue consiste à utiliser des boî- tiers dits à réseau de billes ou de bossages conducteurs (BGA). Ces boîtiers sont pourvus, en guise de pattes de connexion vers l'extérieur du boîtier, d'un réseau de billes ou bossages conduc- teurs destinés à être soudés sur des plots correspondants d'un circuit imprimé de réception du boîtier. Dans cette technique, on trouve des boîtiers contenant une plaquette de réception de la puce et de définition du réseau de bossages conducteurs en face inférieure. Cette plaquette est alors encapsulée avec la puce dont les plots conducteurs en face supérieure sont reliés indivi- duellement à des plots correspondants de la plaquette encapsulée soit par fils soit par via. On trouve aussi des boîtiers dans lesquels des billes de raccordement sont apposées directement en face inférieure de la puce qui comporte des prises de contact à cet égard. Cette dernière technique va dans le sens d'une minia- turisation accrue dans la mesure o l'encombrement global du boî- tier se rapproche de celui de la puce. Mais, il est quand même nécessaire de prévoir un matériau d'encapsulation qui accroît l'encombrement en surface du boîtier. Un problème supplémentaire se pose lorsque le composant ou le circuit sous forme de puce doit être associé à un moyen de dissipation thermique. Dans ce cas, l'élément de dissipation thermique doit être en contact le plus direct possible avec la puce et, le plus souvent, avec un élément dissipateur externe au boîtier. Il est alors nécessaire d'encapsuler également, au moins partiellement, le dissipateur ce qui nuit à la miniaturisation du circuit. Dans le cas des composants de puissance qui nécessitent généralement un élément de dissipation, on a en outre un problème de reprise de contact sur les deux faces de la puce. En effet, ce type de composants est généralement réalisé dans l'épaisseur de la tranche de silicium pour des raisons de tenue en tension. Il en découle la présence de contacts des deux côtés de la puce qu'il est alors nécessaire de reprendre dans un boîtier de pro- tection. Ces reprises de contact conduisent généralement à une augmentation sensible de l'encombrement en surface du boîtier. La présente invention a pour objet une nouvelle solu- tion qui pallie les inconvénients des boîtiers connus et qui favorise la limitation de l'encombrement en surface d'un compo- sant électronique ou d'un circuit intégré. L'invention vise, en particulier, à proposer une nou- velle solution pour protéger des puces semiconductrices. La présente invention vise également à proposer une solution qui soit particulièrement simple à mettre en oeuvre. La présente invention vise également à proposer une solution qui soit compatible avec un besoin de reprise de contact sur les deux faces d'une puce semiconductrice. L'invention vise en outre à proposer une solution com- patible avec le besoin d'un élément de dissipation thermique. Pour atteindre ces objets, la présente invention pré- voit un boîtier pour puce semiconductrice, constitué d'un capot rigide propre à être rapporté sur une première face de la puce et comprenant au moins une platine de recouvrement de la puce et une embase propre à être fixée directement à une plaquette de circuit imprimé, l'embase et la platine étant reliées par une paroi de liaison. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le capot constitue un dissipateur thermique pour la puce. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le capot est, au moins partiellement, en un matériau électrique- ment conducteur pour reporter au moins un contact depuis la pre- mière face de la puce jusqu'au moins une piste conductrice du circuit imprimë. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le capot présente, en section, une forme de marche, la paroi de liaison s'inscrivant dans un plan approximativement perpendi- culaire à deux plans approximativement parallèles entre eux et dans lesquels s'inscrivent respectivement la platine et l'embase. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le capot comprend en outre des parois latérales entourant les bords latéraux de la puce, la hauteur des parois latérales étant, de préférence, inférieure à la hauteur de la paroi de liaison. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la platine conmprend au moins un redent dirigé vers la première face de la puce. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le capot comprend plusieurs tronçons rigides conducteurs, isolés les uns des autres pour reprendre plusieurs contacts en première face de la puce. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la hauteur de la paroi de liaison est adaptée pour qu'une deuxième face de la puce puisse être rapportée sur la plaquette de circuit imprimé. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la hauteur de la paroi de liaison est adaptée pour qu'une deuxième face de la puce puisse être rapportée sur la platine d'un autre boîtier contenant une autre puce et constituant un contact commun entre les deux puces. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la descriptions suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1 représente partiellement, de façon très schématique et en coupe, un mode de réalisation d'un boîtier pour composant électronique selon la présente invention, monté sur une plaquette de circuit imprinm; la figure 2 est une vue en perspective schématique d'un boîtier selon l'invention, associé à une puce semiconductrice; la figure 3 est une vue en coupe d'une variante de réa- lisation d'un boîtier selon la présente invention; et la figure 4 représente partiellement, de façon très schématique et en coupe, un boîtier selon l'invention de protec- tion d'un circuit intégré, monté sur une plaquette de circuit imprimé. Les mnmes éléments ont été désignés par des mêmes réfé- rences aux différentes figures. Pour des raisons de clarté, seuls les éléments qui sont nécessaires à la compréhension de l'inven- tion ont été représentés aux figures et seront décrits par la suite. En particulier, les détails constitutifs des puces n'ont pas été représentés et ne font pas l'objet de la présente inven- tion. On notera-simplement que l'invention peut s'appliquer à des puces pourvues de contacts sur les deux faces. Une caractéristique de la présente invention est de prévoir un boîtier constitué d'un capot rigide comprenant au moins une partie sensiblement plane destinée à recouvrir la puce et une partie de liaison de la platine à une plaquette de circuit imprimé. Cette_deuxième partie forme une marche permettant de relier la première partie sensiblement plane à la plaquette de circuit imprimé par l'intermédiaire d'une embase. La figure 1 représente, par une vue en coupe d'une pla- quette 1 de circuit imprimé sur laquelle est montée une puce 2 d'un composant électronique, un mode de réalisation d'un capot 3 selon la présente invention. Le capot 3 sera également décrit en relation avec la figure 2 qui représente une vue agrandie en perspective dans laquelle seule la puce 2 et le capot 3 ont été représentés. Selon l'invention, le capot 3 comprend au moins une première partie 4 approximativement plane et formant une platine propre à recouvrir la face supérieure de la puce 2, c'est-à-dire la face opposée à celle destinée à être soudée ou collée sur la plaquette 1. De préférence, la surface de la platine de recouvre- ment 4 correspond approximativement à la surface de la puce 2 de façon à la protéger correctement. Le capot rigide 3 de l'inven- tion repose sur la plaquette de circuit imprimé 1 par l'inter- médiaire d'une embase 5, reliée à la platine 4 au moyen d'une paroi de liaison 6, de préférence verticale. La paroi 6 relie, de préférence, un bord de la platine 4 à un bord de l'embase 5 de façon à former une marche. Dans le mode de réalisation préféré de la figure 2, la platine 4, l'embase 5 et la paroi 6 ont des for- mes sensiblement rectangulaires. Toutefois, d'autres formes pour- ront être prévues en fonction de la forme de la puce 2. En parti- culier, on pourra prévoir une platine 4 de forme hexagonale ou autre selon la forme de la puce. Dans ce cas, la taille de l'em- base 5 et de la paroi 6 est, de préférence, adaptée à la dimen- sion d'au moins un bord de la platine 4. La hauteur de la paroi 6 est fonction de l'épaisseur de la puce 2. En effet, selon la présente invention, l'embase 5 est destinée à être collée ou soudée directement à la plaquette de circuit imprimé. Dans l'exemple de la figure 1 qui se réfère à un compo- sant électronique de puissance, une première électrode (non représentée) de la puce 2 est reliée à une première piste 7 du circuit imprimé 1 par une couche de soudure 8 de la puce 2 sur le circuit 1. Une deuxième électrode (non représentée) de la puce 2 est prévue dans la face opposée de cette dernière. Dans ce cas et selon une caractéristique préférée de la présente invention, le capot 3 est au moins partiellement en un matériau conducteur de façon à assurer un report de contact entre la face supérieure de la puce 2 et le circuit imprimé. Ainsi, dans le mode de réalisation illustré par la figure 1, la deuxième électrode de la puce 2 prévue en face supé- rieure est reliée à la platine 4 par l'intermédiaire d'une couche de soudure ou de colle conductrice 9. L'embase 5 du capot 3 est soudée ou collée par un matériau conducteur 8' à une deuxième piste 10 du circuit imprimé. Conmne l'illustrent les figures 1 et 2, la portion de raccordement de la platine 4 au contact de la puce 2 est, de préférence, définie par un redent central 12 en direction de la puce 2, la périphérie de la platine 4 étant ainsi écartée de la face supérieure de la puce 2. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, plus particulièrement destiné aux composants de puissance ou à des circuits ayant besoin d'être associés à un dissipateur ther- mique, le capot rigide 3 de l'invention constitue ce dissipateur thermique. Dans ce cas, le capot est, de préférence, en un maté- riau conducteur à la fois électriquement et thermiquement. Il s'agira, de préférence, de cuivre ou d'un alliage contenant du cuivre, éventuellement traité ou revêtu (par exemple, étamé), ou de tout autre matériau ayant ces propriétés, comme par exemple, l'aluminium, voire l'or. Un avantage d'un tel mode de réalisation est que les trois fonctions de reprise de contact sur la face de la puce opposée au circuit imprimé, de dissipateur thermique et de pro- tection mécanique sont remplies par un même élément. Selon un autre mode de réalisation (non représenté), dans lequel la puce 2 comporte plusieurs contacts en face supé- rieure qui doivent être ramenés individuellement sur le circuit imprimé 1, le capot rigide 3 est adapté pour comprendre plusieurs tronçons conducteurs isolés les uns des autres permettant une reprise des contacts de la face supérieure de la puce. Selon un mode préféré de réalisation, on prévoit alors un capot 3 compre- nant plusieurs bandes rigides alternées respectivement conductri- ces et isolantes ayant, en profil, la forme illustrée par la figure 2, c'est-à-dire une forme de marche permettant de reporter individuellement chaque contact sur la face supérieure du circuit imprimé 1. La figure 3 illustre une variante de réalisation d'un capot rigide 3' selon l'invention. Cette figure est une vue en coupe du capot 3' pris isolément. Selon cette variante, le capot 3' comporte, de chaque côté, une paroi latérale 13, 14 en plus de la paroi de liaison 6. Selon cette variante, la hauteur des parois latérales 13 et 14 supplémentaires est, de préférence, telle qu'il subsiste un léger écart entre leur extrémité libre et la surface du circuit imprimé lorsque le boîtier y est monté. Ainsi, les extrémités respectives des parois latérales ne risquent pas d'entrer en contact avec d'autres pistes du circuit imprimé que celles pour lesquelles cet effet est recherché et qui sont en contact par l'intermédiaire de l'embase 5. Un avantage de la variante de la figure 3 est qu'elle protège la puce latéralement et de tous les côtés. Bien que l'invention ait été décrite ci-dessus en rela- tion avec une puce comprenant un contact en face inférieure et un ou plusieurs contacts en face supérieure, on notera que l'inven- tion s'applique également au cas o la puce 2 comporte plusieurs contacts en face inférieure. Dans ce cas, la puce est collée ou soudée sur la plaquette de circuit imprimé dont les pistes conductrices 7 sont apposées selon un motif permettant de relier les contacts de la puce 2 en face inférieure. La figure 4 représente un capot 3, selon la présente invention, de protection d'une puce 2' de circuit intégré pourvue de plusieurs contacts en face inférieure. Selon le mode de réali- sation de la figure 4, les contacts en face inférieure de la puce 2' sont reliés individuellement à des pistes 7' du circuit imprimé 1 au mroyen de billes ou plots conducteurs classiques, généralement fusibles. En face supérieure, la puce 2' est collée ou soudée (9') au redent 12 de la platine 4 du capot rigide 3. L'embase 5 du capot 3 est elle-même collée au circuit imprimé 1 ou, cormme cela est représenté, soudée (8') à une piste conduc- trice 10' dans le cas d'un besoin de report de contact électrique de la face supérieure de la puce 2'. En figure 4, une paroi laté- rale 13 optionnelle a été représentée en pointillés. On notera que les dimensions du redent 12 dans la pla- tine 4 dépendent de la taille de la puce et, plus particulière- ment, de la surface du contact de la face supérieure de la puce qui doit être soudée dans le cas o un report de contact élec- trique est nécessaire. On notera également que les dimensions de la paroi 6 et des parois latérales supplémentaires éventuelles dépendent de l'épaisseur de la puce nue en tenant compte des différentes épaisseurs nécessaires de colle ou de soudure. On notera en outre que les dimensions du capot et en particulier l'intervalle entre la paroi de liaison 6 et la puce seront adaptés aux besoins d'isolement dans l'air pour éviter la formation d'arcs entre les différents contacts ou reprises de contact. Un avantage de la présente invention est qu'elle per- met, de façon très simple, la réalisation d'un capot de protec- tion d'une puce de composant semiconducteur ou de circuit inté- gré. En particulier, la présente invention ne nécessite aucun recours à un procédé d'encapsulation. Par conséquent, l'invention permet de réduire considérablement l'encombrement en surface d'un boîtier pour composant ou circuit intégré. L'encombrement d'une puce associée à un boîtier selon l'invention se rapproche de celui d'une puce nue, la seule aug- mentation de surface nécessaire étant liée à l'encombrement de 1'embase. Or, cet encombrement peut être minimisé dans la mesure o, comme le capot repose sur la puce, l'embase 5 n'a pas besoin de former un contrepoids à la platine 4. Un autre avantage de la présente invention est qu'elle minimise l'épaisseur nécessaire prise par le boîtier. En effet, il n'est désormais plus nécessaire d'utiliser de fils conducteurs pour reporter des contacts de la face supérieure vers le circuit imprimé. Par conséquent, l'encombrement en hauteur est réduit. Cette réduction d'encombrement en hauteur provient également de la suppression de la résine d'encapsulation et de la grille de connexion. Le fait que le capot rigide soit conducteur n'est pas gênant dans la quasi-totalité des cas. En effet, l'isolement d'un produit électronique s'effectue de plus en plus souvent en fin de fabrication par l'apposition d'un vernis sur l'ensemble du cir- cuit imprimé, ce qui rend moins critique, comme c'était le cas par le passé, l'absence d'isolement individuel des différents circuits intégrés à monter sur les plaquettes de circuit imprimé. Un autre avantage de la présente invention est que le montage et la protection d'une puce de circuit intégré ou de com- posant discret est grandement simplifié. En effet, il suffit désormais d'associer la puce à un capot de dimensions adaptées, puis de ramener la puce ainsi en boîtier sur un circuit imprimé avec interposition des plots de soudure adaptés, notamment celui de l'embase 5 du capot. A titre de variante, on pourra commencer par ramener la puce nue sur le circuit imprimé avec interposition des plots de soudure adaptés, puis, souder un capot de dimensions adaptées sur la face supérieure de la puce et, par l'embase 5, sur la plaquette de circuit imprimé. Bien entendu, on veillera à ce que les tempéeratures de soudure, de brasure, et/ou de collage soient adaptées au mode d'assemblage choisi pour éviter qu'un cycle thermique endommage une liaison effectuée antérieurement. Un autre avantage de l'invention est que la simplicité structurelle du.boîtier le rend particulièrement adaptable à dif- férentes tailles de puce. En particulier, le processus de montage et de protection d'une puce semiconductrice n'est aucunement modifié en cas de changement des dimensions de la puce. Il suffit de prévoir un capot de taille différente, et ce dernier est appliqué de la même façon. Selon_un autre mode de réalisation non représenté, des capots sont dimensionnés pour autoriser une superposition de plusieurs composants, par exemple plusieurs dipôles, devant être associés en sé2de. Par exemple, une première puce est associée à un premier capot du type de celui décrit en relation avec la figure 1 et une deuxième puce est associée à un deuxième capot dont la hauteur ou épaisseur (fixée par la hauteur de sa paroi de liaison 6) tient compte de l'épaisseur du premier boîtier (fixée par la hauteur ou épaisseur du premier capot). Ainsi, le deuxième boîtier peut être rapporté sur le premier boîtier en veillant à ce que les embases respectives ne se chevauchent pas. On dispose alors de deux reports de contact, dont un report du point milieu de l'association en série des deux composants qui correspond au premier capot sir lequel la deuxième puce est soudée. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaitront à l'homme de l'art. En particulier, les dimensionnements respectifs de la pla- tine et de l'embase pourront être modifiés en fonction des appli- cations et, en particulier, en fonction de la taille de la puce, et du souhait de recourir à des parois latérales ou non. De plus, bien que l'invention ait été décrite ci-dessus en relation avec un capot pourvu d'un redent d'appui sur la face supérieure de la puce, on notera que ce redent est optionnel et peut, en parti- culier si un report de contact n'est pas nécessaire, être omis. En outre, d'autres matériaux que ceux indiqués ci-dessus à titre d'exemple pourront être utilisés pour réaliser un boîtier de l'invention, pourvu que ces matériaux soient compatibles avec la réalisation d'un capot rigide qui soit, de préférence, conducteur électriquement et/ou thermiquement. Enfin, si la paroi de liaison 6 et les parois latérales supplémentaires éventuelles sont, de préférence, verticales (dans des plans perpendiculaires à l'em- base et à la platine qui sont dans des plans parallèles entre eux), on pourra également prévoir des parois inclinées. REVENDICATIONS 1. Boîtier pour puce semiconductrice (2, 2'), caracté- risé en ce qu'il est constitué d'un capot rigide (3, 3') propre à être rapporté sur une première face de la puce et comprenant au moins une platine (4) de recouvrement de la puce et une embase (5) propre à être fixée directement à une plaquette de circuit imprimé, l'embase et la platine étant reliées par une paroi de liaison (6). 2. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capot (3, 3') constitue un dissipateur thermique pour la puce (2, 2'). 3. Boîtier selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le capot (3, 3') est, au moins partiellement, en un matériau électriquement conducteur pour reporter au moins un contact depuis la première face de la puce (2, 2') jusqu'au moins une piste conductrice (10, 10') du circuit imprimé (1). 4. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le capot (3, 3') présente, en section, une forme de marche, la paroi de liaison (6) s'inscrivant dans un plan approximativement perpendiculaire à deux plans approximati- vement parallèles entre eux et dans lesquels s'inscrivent respec- tivement la platine (4) et l'embase (5). 5. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le capot (3') comprend en outre des parois latérales (13, 14) entourant les bords latéraux de la puce (2, 2'), la hauteur des parois latérales étant, de préférence, inférieure à la hauteur de la paroi de liaison (6). 6. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la platine (4) comprend au moins un redent (12) dirigé vers la première face de la puce (2, 2'). 7. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le capot comprend plusieurs tronçons rigides conducteurs, isolés les uns des autres pour reprendre plusieurs contacts en première face de la puce. 8. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la hauteur de la paroi de liaison (6) est adaptée pour qu'une deuxième face de la puce (2, 2') puisse être rapportée sur la plaquette (1) de circuit imprimé. 9. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la hauteur de la paroi de liaison (6) est adaptée pour qu'une deuxième face de la puce (2) puisse être rapportée sur la platine d'un autre boîtier contenant une autre puce et constituant un contact conmmn entre les deux puces.