Brevet FR2805392A1 — publié le 20010824

Boîtier de circuit intégré surmoulé. La présente invention se situe dans le domaine des boîtiers CSP, abréviation anglo-saxonne pour "Chip Scale packaging", et concerne notamment les boîtiers BGA, abréviation anglo-saxonne pour "Ball Grid Array". Elle concerne plus particulièrement un boîtier de circuit intégré surmoulé à renfort intégré permettant de dissiper la puissance émise par le circuit intégré au travers de la carte qui le reçoit. Le terme "puce" sera utilisé pour définir le circuit intégré. o Le terme "ruban" sera utilisé pour définir un substrat sous forme de ruban souple (flexible) sur lequel la puce est connectée par une technologie connue sous la terminologie anglo-saxonne TAB, abréviation anglo-saxonne pour "Tape Automated Bonding". Le surmoulage des puces est largement employé par les fabricants de boîtiers de puces et notamment les boîtiers BGA. L'opération de surmoulage est généralement utilisée pour protéger la puce vis- à-vis de son environnement extérieur tout en permettant l'évacuation des calories dissipées par la puce. Le document EP0684641A décrit une technique mettant en oeuvre deux opérations de surmoulage successives pour éviter le phénomène connu sous la terminologie anglo-saxonne "bending" qui se produit pendant l'injection sous pression de la résine à l'intérieur du moule et qui entraîne des contraintes voire des destructions des connexions entre la puce et les conducteurs en cuivre supportées par le ruban. Le procédé décrit dans ce document consiste à effectuer un premier surmoulage de la puce au plus près de la puce évitant ainsi l'effet de "bending", puis à effectuer un deuxième surmoulage englobant le premier et formant la partie supérieure du boîtier. La puce et son surmoulage sont orientés vers l'extérieur du boîtier. Pour des puces dissipant plus de puissance, il est prévu de disposer un radiateur sur la puce. Le premier surmoulage englobe alors la puce et le radiateur sans toutefois recouvrir la partie externe du radiateur pour permettre une bonne évacuation de la chaleur vers l'extérieur du boîtier. De même le deuxième surmoulage englobe le premier sans toutefois recouvrir sa partie externe. Cette solution s'applique à des puces qui dissipent vers l'environnement extérieur du boîtier. Cependant, dans certaines applications, il n'est pas toujours possible d'évacuer les calories dissipées par la puce vers l'extérieur. D'autre part cette solution de packaging ne permet pas, à partir d'une taille de o boîtier déterminée, de recevoir des puces de tailles et d'épaisseurs différentes. L'invention a notamment pour but de pallier ces inconvénients. Le boîtier selon l'invention doit répondre aux applications o il est nécessaire de dissiper par la carte sur laquelle est montée la puce, et notamment aux applications dans le domaine automobile. i5 A cet effet, I'invention a pour premier objet un boîtier BGA surmoulé comportant une puce montée sur un ruban souple supportant des pistes conductrices connectées par la technologie TAB au circuit intégré, le boîtier permettant de dissiper la puissance émise par puce à travers le ruban. Selon l'invention, le boîtier comporte en outre, noyé dans le surmoulage, une plaque de renfort électriquement inerte, disposée à plat, en regard de la puce, sur la face du ruban souple opposée à la face recevant la puce et débordant de part et d'autre de la puce sur le ruban de manière à rigidifier l'ensemble formé par la puce montée sur le ruban et à obstruer totalement et de manière étanche l'espace compris entre la puce et le ruban. Selon une caractéristique la plaque est dimensionnée en fonction de la taille maximale déterminée de la puce admissible pour les dimensions du boîtier. Selon une autre caractéristique, le boîtier comporte en outre un dissipateur thermique optionnel disposé sur la face arrière de la puce correspondant à la face opposée de celle qui est connectée aux pistes conductrices et dont la taille est adaptée à la taille de la puce. Le dissipateur thermique peut correspondre à la carte destinée à supporter le boîtier. L'invention a pour deuxième objet un procédé de surmoulage d'un boîtier BGA du type comportant une puce montée sur un ruban souple supportant des pistes conductrices connectées par la technologie TAB à la puce. Le procédé selon l'invention consiste: - à disposer l'ensemble formé par le ruban et la puce à l'intérieur d'une première partie d'un moule comportant une cavité contenant la puce et des bords latéraux supportant le ruban de part et d'autre de la puce; io - à disposer une plaque de renfort électriquement inerte, disposée à plat, en regard de la puce, sur la face du ruban souple opposée à la face recevant la puce et débordant de part et d'autre de la puce sur le ruban de manière à rigidifier l'ensemble formé par la puce montée sur le ruban et à obstruer totalement et de manière étanche l'espace compris entre la puce et le ruban; - à disposer une deuxième partie du moule sur l'ensemble formé par le ruban et la puce en les recouvrant et s'appuyant sur le ruban de part et d'autre de la puce pour pincer de manière étanche le ruban entre les deux parties du moule; et - à injecter une résine de surmoulage à l'intérieur de la deuxième partie du moule pour former le surmoulage du boîtier; la forme intérieure de la deuxième partie du moule définissant la forme extérieure du surmoulage. Selon une caractéristique, la deuxième partie du moule à une forme générale de cuvette dont les bords latéraux s'appuient sur le ruban. Selon une autre caractéristique, la taille de la cavité de la première partie du moule est déterminée en fonction de la taille maximale de la puce admissible pour le boîtier. Selon une autre caractéristique, la plaque est dimensionnée en fonction de la taille maximale déterminée de la puce admissible pour les dimensions du boîtier. L'invention a notamment pour avantage d'éviter l'effet de "bending" pendant le surmoulage et d'utiliser le même outillage de surmoulage pour une taille de boîtier déterminée et pour différentes tailles de puces admissibles pour ce boîtier. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit faite en référence aux figures annexées qui représentent: - la figure 1, une vue schématique en coupe transversale de la structure initiale d'un boîtier équipé de billes; io - la figure 2, une vue schématique en coupe transversale d'un outillage de surmoulage; - la figure 3, une vue schématique en coupe transversale de la structure d'un boîtier selon l'invention avec plaque de renfort et plaque optionnelle de refroidissement dans le cas d'une puce de grande taille; - la figure 4, une vue schématique en coupe transversale de l'outillage de surmoulage selon l'invention adapté à la structure de la figure 3; - la figure 5, une vue schématique en coupe transversale de la structure d'un boîtier selon l'invention avec plaque de renfort et plaque optionnelle de refroidissement dans le cas d'une puce de petite taille; - la figure 6, une vue schématique en coupe transversale de l'outillage de surmoulage selon l'invention adapté à la structure de la figure 5; et - la figure 7, une variante d'un mode de réalisation d'un boîtier monté sur une carte ou la puce dissipe directement sur la carte. Sur les figures, les échelles ne sont pas respectées et les mêmes éléments sont désignés par le même repère La figure 1 illustre schématiquement la structure de base d'un boîtier BGA surmoulé équipé de billes, suivant une vue en coupe transversale. Cette structure comporte une puce 1 montée selon la technologie TAB sur un ruban isolant souple 2, par exemple en polyimide, supportant des pistes en cuivre 3; la face active 4 de la puce et ses plots de connexion 5i sont disposés sur la face supérieure de la puce 1. Par face supérieure 4, il faut comprendre la face qui est opposée à celle qui est en regard de la carte C destinée à recevoir le boîtier et évacuer les calories dissipées par la face inférieure de la puce 1. Le câblage de la puce 1 sur le ruban 2 est réalisé de manière connue selon la s technologie "bumpless" selon laquelle les extrémitées libres 3e des pistes en cuivre 3 sont connectées aux plots de connexion respectifs en aluminium 5i de la puce I par thermosonie. Un câblage avec "bump" est également compatible de la structure de base du boîtier selon l'invention. Les sorties du boîtier ainsi constitué sont destinées à être connectées sur une 1o carte C par l'intermédiaire de billes de soudure 6i. La partie supérieure de la structure 1, 2 et 3 est entièrement enrobée d'une résine de protection électriquement inerte 7. Cette opération est obtenue par surmoulage. Le surmoulage du boîtier, outre la fonction de protection de la puce 1, a également pour effet de rigidifier la structure du ruban 2 et de garantir ainsi une bonne coplanarité des billes 6i lors du montage sur la carte C. La figure 2 illustre schématiquement la forme d'un outillage utilisé pour l'opération de surmoulage et qui est rapporté sur la structure puce-ruban de la figure 1. L'outillage de surmoulage comporte un moule 8 en deux parties: une partie supérieure 8s dont le profil intérieur 9 à une forme générale de cuvette retournée, dans le sens de la figure, et une partie inférieure 8i, opposée à la première comportant une cavité 10 disposée en regard de la cuvette 9. Les bords latéraux 1 1 et 12 des deux parties du moule 8s et 8i sont respectivement disposés pour pincer les parties 13 du ruban 2 qui sont adjacentes à la puce. Le profil interne de la partie supérieure 8s du moule 8 définit la forme externe du surmoulage 7 et le profil interne de partie inférieure 8i du moule 8 définit la cavité 10 destinée à contenir la puce 1. La partie inférieure 8i du moule 8 supporte également la structure puce-ruban pendant l'opération de surmoulage. Les bords latéraux 11 de la partie supérieure 8i s'appuient sur le ruban 2 et les pistes 3, de part et d'autre de la puce 1. La partie supérieure 8s recouvre de façon étanche, la face active 4 de la puce 1 et les connexions TAB reliant les plots conducteurs 5i de la puce 1 aux extrémités 3e des pistes cuivre 3 supportées par le ruban 2. Le surmoulage est réalisé par l'injection de la résine 7 à l'intérieur de la partie supérieure 8s du moule 8. La partie inférieure 8i du moule 8 n'est pas destinée à recevoir de la résine 7. Cependant, lors de l'injection de la résine 7 dans la partie supérieure 8s du io moule 8, la résine 7 passe entre les extrémités 3e des pistes 3 connectées à la puce 1 et pénètre à l'intérieur de la cavité 10 de la partie inférieure 8i du moule 8 en exerçant une pression sur la puce 1 qui se soulève et reproduit à nouveau à l'effet de "bending" défini précédemment. Les figures 3 à 7 illustrent des modes de réalisation de l'invention dans lesquels une plaque de renfort 14, électriquement inerte, est disposée sur la partie supérieure du ruban 2 et les extrémités des piste avant le surmoulage du boîtier. Cette plaque 14 a pour fonction de renforcer la rigidité de la structure du boîtier et d'obstruer totalement et de manière étanche l'espace compris entre la puce 1 et le ruban 2, empêchant ainsi le passage de la résine 7 à l'intérieur de la cavité de la partie inférieure 8i du moule 8. La plaque de renfort 14 est disposée à plat sur le ruban 2 et s'étend de part et d'autre de la puce 1 en débordant sur le ruban 2 de manière à recouvrir complètement et de façon étanche la face supérieure 4 de la puce 1 ainsi que les extrémités 3e des pistes 3 connectées à la puce 1. Un procédé de surmoulage selon l'invention comporte donc les étapes suivantes consistant à: - disposer l'ensemble formé par le ruban et la puce à l'intérieur d'une première partie d'un moule comportant une cavité contenant la puce et des bords latéraux supportant le ruban de part et d'autre de la puce; - disposer une plaque de renfort électriquement inerte, disposée à plat, en regard de la puce, sur la face du ruban souple opposée à la face recevant la puce et débordant de part et d'autre de la puce sur le ruban de manière à rigidifier l'ensemble formé par la puce montée sur le ruban et à obstruer totalement et de manière étanche l'espace compris entre la puce et le ruban; - disposer une deuxième partie du moule sur l'ensemble formé par le ruban et la puce en les recouvrant et s'appuyant sur le ruban de part et d'autre de la puce pour pincer de manière étanche le ruban entre les deux parties du moule; et - injecter une résine de surmoulage à l'intérieur de la deuxième partie du moule pour former le surmoulage du boîtier; la forme intérieure de la deuxième partie du moule définissant la forme extérieure du surmoulage. La plaque de renfort 14 peut être en epoxy d'épaisseur 250 pm. Sa taille est t5 déterminée en fonction de la taille maximale de la puce admissible pour un boîtier déterminé. La taille de la cavité 10 de la partie inférieure 8i du moule 8 doit être sensiblement du même ordre de grandeur que la plaque de renfort 14. Elle est également déterminée en fonction de la taille maximale de la puce admissible pour un même boîtier. Cette configuration est illustrée aux figures 3 et 4. A titre d'exemple non limitatif, pour une taille de boîtier de 20 mm de côté destiné à contenir une puce de l'ordre de 15 mm de côté et d'épaisseur 525 pm avec 300 sorties, la taille de la plaque est de l'ordre de 17 mm de coté. Pour les puces 1 de plus petite taille comme illustrées sur les figures 5 et 6, dont les dimensions sont par exemple de l'ordre de 8 mm de côté et de 350 pm d'épaisseur, la plaque de renfort 14 reste de taille identique à celle employée pour la puce de 15 mm de côté. De même, la partie inférieure 8i du moule 8 reste de taille identique quelle que soit la taille de la puce admissible pour le boîtier. On comprend donc mieux les avantages apportés par une telle structure selon l'invention. Outre le fait d'accepter différentes tailles de puce, la structure selon l'invention peut permettre le montage d'un dissipateur thermique, ou radiateur, optionnel constitué par exemple d'une plaque métallique servant de dissipateur thermique, plus ou moins épaisse en fonction de la puissance dissipée par la puce et de son application. Dans ce cas, les dimensions des billes de connexion 6i à la carte C seront adaptées pour tenir compte de l'épaisseur totale de l'empilement formé par la puce 1 et le radiateur 15. De même, les autres dimensions du radiateur 15 seront adaptées aux 0io dimensions de la puce 1. Sur les figures, le radiateur 15 est représenté débordant légèrement la puce. Le radiateur 15 est soit collé soit soudé sur la face inférieure de la puce 1. La figure 7 illustre, à titre de variante, un mode de réalisation d'un boîtier monté sur la carte C ou la puce 1 dissipe directement sur la carte C. La face inférieure de la puce peut être, par exemple, munie d'un plan conducteur, lequel peut être soudé ou collé sur une plage conductrice ménagée à la surface de la carte C en regard de la puce 1. Dans ce cas, les dimensions des billes de connexion 6i seront adaptées pour tenir compte de l'épaisseur de la puce 1 et de la soudure ou de la colle. REVENDICATIONS 1. Boîtier BGA surmoulé comportant une puce (1) montée sur un ruban souple (2) supportant des pistes conductrices (3i) connectées par la technologie TAB à la puce (1), le boîtier permettant de dissiper la puissance émise par puce (1) à travers le ruban (2), caractérisé en ce qu'il comporte en outre, noyé dans le surmoulage, une plaque de renfort (14) électriquement inerte, disposée à plat, en regard de la puce (1), sur la face du ruban souple (2) opposée à la face recevant la puce (1) et débordant de part et d'autre de la puce (1) sur le ruban (2) de manière à rigidifier l'ensemble formé par la puce (1) montée sur le ruban (2) et à obstruer totalement et de manière étanche l'espace compris entre la puce (1) et le ruban(2). 2. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque (14) est dimensionnée en fonction de la taille maximale déterminée de la puce (1) admissible pour les dimensions du boîtier. 3. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dissipateur thermique (15) disposé sur la face arrière de la puce (1) correspondant à la face opposée de celle qui est connectée aux pistes conductrices (3i) et dont la taille est adaptée à la taille de la puce (1). 4. Boîtier selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dissipateur thermique (15) correspond à la carte (C) destinée à supporter le boîtier. 5. Procédé de surmoulage d'un boîtier BGA du type comportant une puce (1) montée sur un ruban souple (2) supportant des pistes conductrices (3i) connectées par la technologie TAB à la puce (1), caractérisé en ce qu'il consiste: O - à disposer l'ensemble formé par le ruban (2) et la puce (1) à l'intérieur d'une première partie (8i) d'un moule (8) comportant une cavité (10) contenant la puce (1) et des bords latéraux (11 et 12) supportant le ruban (2) de part et d'autre de la puce (1); - à disposer une plaque de renfort (14) électriquement inerte, disposée à plat, en regard de la puce (1), sur la face du ruban souple (2) opposée à la face recevant la puce (1) et débordant de part et d'autre de la puce (1) sur le ruban (2) de manière à rigidifier l'ensemble formé par la puce (1) montée sur le ruban (2) et à obstruer totalement et de manière étanche l'espace compris entre la puce (1) et le ruban (2); - à disposer une deuxième partie (8s) du moule (8) sur l'ensemble formé par le ruban (2) et la puce (1) en les recouvrant et s'appuyant sur le ruban (2) de part et d'autre de la puce (1) pour pincer de manière étanche le ruban (2) entre les deux parties (8i et 8s) du moule (8); et - à injecter une résine de surmoulage (7) à l'intérieur de la deuxième partie (8s) du moule (8) pour former le surmoulage du boîtier; la forme intérieure de la deuxième partie (8s) du moule (8) définissant la forme extérieure du surmoulage (7). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la deuxième partie (8s) du moule (8) à une forme générale de cuvette dont les bords latéraux (11 et 12) s'appuient sur le ruban (2). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce la taille de la cavité (10) de la première partie (8i) du moule (8) est déterminée en fonction de la taille maximale de la puce (1) admissible pour le boîtier. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la plaque (14) est dimensionnée en fonction de la taille maximale déterminée de la puce (1) admissible pour les dimensions du boîtier.