Brevet FR2819940A1 — publié le 20020726

PROCEDE DE FABRICATION D'UN BOTTIER SEMI-CONDUCTEUR OPTIQUE ET BOÎTIER SEMI-CONDUCTEUR OPTIQUE La présente invention concerne le domaine de la mise en boîtier de puces ou composants à circuits intégrés présentant un capteur optique et le domaine des boîtiers semi-conducteurs optiques renfermant de telles puces. Dans la technique actuelle, les puces optiques sont installées dans le fond de la cavité de boîtiers d'encapsulation qui présentent un couvercle rapporté en un matériau transparent, la paroi de fond du boîtier étant utilisée pour effectuer les connexions électriques extérieures du composant. De telles dispositions sont encombrantes et coûteuses. Le but de la présente invention est en particulier de perfectionner et simplifier les dispositifs semi-conducteurs optiques notamment dans le but de réduire leur encombrement et leur coût de production, tout en assurant la protection des puces. La présente invention a tout d'abord pour objet un procédé de fabrication d'un boîtier semi-conducteur optique renfermant une puce de circuits intégrés présentant sur une face avant un capteur optique et des zones de connexion électrique réparties autour de ce capteur. Selon l'invention, ce procédé consiste : à préfabriquer une première plaque présentant un évidement et une face d'assemblage s'étendant autour de cet évidement ; à préfabriquer une seconde plaque qui présente une évidement et une face d'assemblage s'étendant autour de cet évidement dans lequel débouche par le fond une ouverture et qui est munie de pistes de connexion électrique extérieure s'étendant sur cette face d'assemblage et dans cet évidement de façon à présenter des portions de connexion s'étendant dans le fond de cet évidement ; à préfabriquer une pastille transparente dont la surface est inférieure à la surface entourée par lesdites zones de connexion électrique de la puce ; à munir la face d'assemblage d'au moins l'une desdites plaques d'une couche de colle ; à placer lesdites plaques l'une sur l'autre en amenant leurs faces d'assemblage l'une sur l'autre, en interposant entre elles la puce et ladite pastille de telle sorte que la puce soit engagée dans l'évidement de la première plaque et que la pastille soit engagée dans l'évidement de la seconde plaque et s'étende devant le capteur optique de la puce et en interposant des plots de connexion électrique entre les zones de connexion électrique de la puce et lesdites portions de connexion desdites pistes de connexion électrique ; et à exercer une pression dans le sens du rapprochement desdites plaques de façon à comprimer ladite couche de colle entre leurs faces d'assemblage, de telle sorte que lesdites plaques soient fixées en activant ladite couche de colle. Le procédé selon l'invention peut avantageusement consister à munir ladite première plaque de pistes de connexion électrique extérieure s'étendant sur sa face d'assemblage pour venir en contact avec les pistes de connexion électrique de la seconde plaque. Le procédé selon l'invention peut avantageusement consister à interposer des bandes de colle en une matière conductrice de l'électricité entre les portions des pistes de connexion électrique desdites plaques s'étendant sur leurs faces d'assemblage. Le procédé selon l'invention peut avantageusement consister à interposer une entretoise annulaire d'écartement s'étendant entre la puce et la pastille et placée autour du capteur optique de cette puce. Le procédé selon l'invention peut avantageusement consister à interposer une couche de colle annulaire entre la pastille transparente et la paroi de l'évidement de la seconde plaque. La présente invention a également pour objet un boîtier semi-conducteur optique renfermant une puce de circuits intégrés présentant sur une face avant un capteur optique et des zones de connexion électrique réparties autour de ce capteur. Selon l'invention, ce boîtier comprend une pastille transparente s'étendant devant la face avant de la puce sans recouvrir les zones de connexion électrique de cette puce, des plaques délimitant entre elles une cavité dans laquelle sont empilées ladite puce et ladite pastille et présentant des faces annulaires d'assemblage, des plots de connexion électrique placés entre ledites zones de connexion électrique et une face de ladite cavité, des pistes de connexion électrique portées par la plaque située du côté de ladite pastille et s'étendant sur ladite face de la cavité pour être en contact avec lesdits plots de connexion électrique, une couche de colle s'étendant entre lesdites faces d'assemblage desdites plaques, lesdites pistes de connexion électrique se prolongeant pour passer entre les faces d'assemblage desdites plaques en vue de connexions extérieures et la plaque située du côté de ladite pastille comprenant une ouverture située en face du capteur optique. Selon l'invention, le boîtier comprend de préférence une entretoise annulaire d'écartement s'étendant entre ladite puce et ladite pastille transparente et située entre le capteur optique et les zones de connexion électrique de cette puce. Selon l'invention, la plaque située du côté de ladite puce comprend de préférence des pistes de connexion électrique auxiliaires s'étendant entre les faces d'assemblage desdites plaques et en contact avec lesdites pistes reliées auxdits plots de connexion électrique, entre lesdites faces d'assemblage. Selon l'invention, des bandes de colle conductrice sont de préférence interposées entre les pistes desdites plaques. Selon l'invention, lesdites pistes auxiliaires se prolongent de préférence sur la face latérale de la plaque située du côté de la puce et sur la face extérieure de cette plaque opposée à cette puce. Selon l'invention, le boîtier comprend de préférence une couche de colle annulaire entre ladite pastille transparente et la plaque située du côté de cette pastille. Selon l'invention, lesdites plaques comprennent de préférence respectivement des évidements dans lesquels sont engagés ladite puce et ladite pastille transparente. La présente invention sera mieux comprise à l'étude d'un boîtier semi-conducteur optique et de son procédé de fabrication, décrits à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par le dessin sur lequel : - la figure 1 représente un boîtier semi-conducteur optique selon la présente invention ; - la figure 2 représente une coupe partielle selon IL-IL du boîtier semi-conducteur optique de la figure 1 ; - la figure 3 représente le boîtier semi-conducteur optique dans une étape intermédiaire de fabrication ; - et la figure 4 représente le boîtier semi-conducteur optique dans une étape suivante de fabrication. Le boîtier semi-conducteur optique 1 représenté comprend une première plaque 2, par exemple en un thermoplastique, une puce 3 à circuits intégrés présentant une face avant 3a comprenant un capteur optique central 4 et des zones de connexion électrique 5 réparties autour et à distance de ce capteur optique 4, une pastille transparente 6 dont la surface est supérieure à la surface du capter optique 4 mais inférieure à la surface entourée par les zones de connexion électrique 5, et une seconde plaque 7 en un matériau isolant, par exemple en un thermosplastique. La première plaque 2 présente un évidement 8 et une face d'assemblage 2a entourant cet évidement et la seconde plaque 7 présente un évidement 9 et une face d'assemblage 7a entourant cet évidement 9 de telle sorte que les plaques 2 et 7 peuvent être accolées par leurs faces d'assemblage 2a et 7a en formant entre elles une cavité 10. L'évidement 8 de la première plaque 2 est dimensionné de manière à pouvoir recevoir la puce 3 dans une position telle que sa face frontale 3a est orientée vers la seconde plaque 7, sa face 3b opposée à sa face frontale 3a étant en appui contre le fond de l'évidement 8. L'évidement 9 de la seconde plaque 7 présente un approfondissement 11 dimensionné de façon à pouvoir recevoir la pastille transparente 6, la pastille transparente 6 prenant appui contre le fond de cet approfondissement 11 et l'évidement 9 présentant une face 12 entourant l'approfondissement 11 et s'étendant en face et à distance de la périphérie de la face frontale 3a de la puce 3 incluant les zones de connexion électrique 5. La distance entre le fond de l'évidement 8 de la première plaque 2 et le fond de l'approfondissement 11 de l'évidement 9 de la seconde plaque 7 est telle que la puce 3 et la pastille transparente 6 sont placées à distance l'une de l'autre par l'intermédiaire d'une entretoise d'écartement 13 prenant appui sur la face frontale 3a de la puce 3, entre son capteur optique 4 et ses zones de connexion électrique 5. La seconde plaque 7 porte une multiplicité de pistes de connexion électrique 14 qui présentent des portions 14a s'étendant sur sa face d'assemblage 7a et des portions 14b qui s'étendent sur la face 12 de son évidement 9 et qui sont réparties de façon à être connectées aux zones de connexion électrique 5 de la puce 3 par l'intermédiaire de plots de connexion électrique en saillie 15 constitués par des billes ou des colonnes métalliques ou en un polymère conducteur. La première plaque 2 porte des pistes de connexion électrique 16 réparties qui présentent des portions 16a placées en vis- à-vis des portions 14a des pistes 14, des portions 16b qui s'étendent sur sa face latérale et des portions 16c qui s'étendent sur sa face extérieure opposée à son évidement 8. Entre les portions 14a des pistes 14 de la seconde partie 7 et les portions 16a des pistes 16 portées par la première partie 2, s'étendent des bandes de colle conductrices 17. Entre les faces d'assemblage 2a et 7a des parties 2 et 7 s'étend une couche de colle non conductrice 18 les assemblant, qui sont jointes aux bandes de colle conductrices 17. La seconde plaque 7 présente une ouverture 19 qui débouche dans le fond de l'approfondissement 11 de son évidement 9 de telle sorte que le capteur optique 4 peut recevoir la lumière extérieure au travers de cette ouverture 19, de la pastille transparente 6 et de l'espace séparant cette pastille transparente 6 et la face frontale 3a de la puce 3, en passant à l'intérieur de l'entretoise annulaire d'écartement 13. Le boîtier semi-conducteur optique 1 qui vient d'être décrit peut être fabriqué de la manière suivante. Comme le montre la figure 3, on place la première plaque 2 sur une table 19 d'une machine de telle sorte que son évidement 8 soit orienté vers le haut, cette plaque 2 étant munie des pistes de connexion électrique 7, des bandes de colle conductrice 17 et de la couche de colle non conductrice 18. On place dans l'évidement 8 de la première plaque 2 la puce 3 de telle sorte que sa face frontale 3a soit tournée vers le haut, avec éventuellement interposition d'une couche de colle entre le fond de l'évidement 8 et la face de la puce 3 opposée à sa face frontale 3a. On place l'entretoise d'écartement 13 sur la face frontale 3a de la puce 3, entre son capteur optique 4 et ses zones de connexion électrique 5 et on dépose sur ces zones de connexion électrique les plots de connexion électrique 15. Dans une variante, on pourrait placer l'entretoise d'écartement 13 et les plots 15 sur la puce 3 avant d'installer cette dernière sur la plaque 2. Comme le montre la figure 4, on place ensuite la pastille transparente 6 sur l'entretoise d'écartement 13. On place la seconde plaque 7 sur la première plaque 2 de telle sorte que la pastille transparente 6 s'engage dans l'approfondissement 11 de son évidement 9, que les plots de connexion électrique 15 viennent en contact avec les portions de connexion 14b de ces pistes 14 et que leurs faces d'assemblage 2a et 7a viennent en appui par l'intermédiaire de la couche de colle 18, les portions 14a et 16a de leur piste de connexion électrique 14 et 16 venant en appui par l'intermédiaire des bandes de colle conductrices 17. A l'aide d'une tête de prise et de pression 20, éventuellement utilisée pour effectuer les poses précitées, on exerce une pression tendant à rapprocher les plaques 2 et 7 en comprimant les bandes de colle conductrices 17 et la couche de colle 18. Les bandes de colle conductrices 17 et la couche de colle 18 sont alors activées de façon à fixer les plaques 2 et 7 l'une à l'autre et constituer un joint de fixation étanche. Les colles 17 et 18 peuvent être choisies de façon à être activée soit par le simple fait de l'action de la pression exercée, soit par un moyen extérieur, par exemple constitué par un moyen de chauffage de la table 10. Dans une variante, on peut avantageusement interposer une couche annulaire de colle étanche 21 entre la pastille transparente 6 et le fond de l'approfondissement 11 de l'évidement 9 de la plaque 7. Dans ce cas, l'entretoise d'écartement 13 pourrait être supprimée. De préférence, l'entretoise d'écartement 13 et les plots de connexion électrique 15 sont choisis dans des matériaux présentant une certaine élasticité permettant d'absorber ou de compenser l'écrasement des bandes de colle conductrices 17 et de la couche de colle non conductrice 18. Il résulte de ce qui précède que le boîtier semi-conducteur optique 1 est obtenu par une prise en sandwich de la puce 3 et de la pastille 6, espacées par l'entretoise d'écartement 13, entre les plaques 2 et 7 et une prise en sandwich des plots de connexion électrique 15 entre la face frontale 3 de la puce 3 et la face 12 de l'évidement 9 de la plaque 7, les plaques 2 et 7 étant fixées par interposition des bandes de colle conductrices 17 et de la couche conductrice 18 entre leurs faces d'assemblage 2a et 7a. Cette prise en sandwich assure en outre une isolation de la puce 3 par rapport à l'extérieur et une protection notamment mécanique de son capteur optique 4. Après les étapes de fabrication précitées, on place sur les portions 16c des pistes 16 de la première plaque 2 des plots de connexion électrique 21, constitués par exemple par des billes, en vue de connexions électriques ultérieures du boîtier 1. La présente invention ne se limite pas à l'exemple ci-dessus décrit. Bien des variantes de réalisation sont possibles sans sortir du cadre défini par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un boîtier semi-conducteur optique renfermant une puce de circuits intégrés présentant sur une face avant un capteur optique et des zones de connexion électrique réparties autour de ce capteur, caractérisé par le fait qu'il consiste : - à préfabriquer une première plaque (2) présentant un évidement (8) et une face d'assemblage (2a) s'étendant autour de cet évidement, - à préfabriquer une seconde plaque (7) qui présente une évidement (9) et une face d'assemblage (7a) s'étendant autour de cet évidement dans lequel débouche par le fond une ouverture et qui est munie de pistes de connexion électrique extérieure (14) s'étendant sur cette face d'assemblage et dans cet évidement de façon à présenter des portions de connexion (14b) s'étendant dans le fond de cet évidement, - à préfabriquer une pastille transparente (6) dont la surface est inférieure à la surface entourée par lesdites zones de connexion électrique de la puce, - à munir la face d'assemblage d'au moins l'une desdites plaques d'une couche de colle (18), - à placer lesdites plaques l'une sur l'autre en amenant leurs faces d'assemblage l'une sur l'autre, en interposant entre elles la puce et ladite pastille de telle sorte que la puce soit engagée dans l'évidement de la première plaque et que la pastille soit engagée dans l'évidement de la seconde plaque et s'étende devant le capteur optique de la puce et en interposant des plots de connexion électrique (15) entre les zones de connexion électrique (5) de la puce et lesdites portions de connexion (14b) desdites pistes de connexion électrique, - et à exercer une pression dans le sens du rapprochement desdites plaques de façon à comprimer ladite couche de colle entre leurs faces d'assemblage, de telle sorte que lesdites plaques soient fixées en activant de ladite couche de colle. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il consiste à munir ladite première plaque (2) de pistes de connexion électrique extérieure (16) s'étendant sur sa face d'assemblage (7a) pour venir en contact avec les pistes de connexion électrique (14) de la seconde plaque (7). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il consiste à interposer des bandes de colle (17) en une matière conductrice de l'électricité entre les portions des pistes de connexion électrique desdites plaques s'étendant sur leurs faces d'assemblage. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il consiste à interposer une entretoise annulaire d'écartement (13) s'étendant entre la puce et la pastille et placée autour du capteur optique de cette puce. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il consiste à interposer une couche de colle annulaire (21) entre la pastille transparente (6) et la paroi de l'évidement de la seconde plaque. 6. Boîtier semi-conducteur optique renfermant une puce de circuits intégrés présentant sur une face avant un capteur optique et des zones de connexion électrique réparties autour de ce capteur, caractérisé par le fait qu'il comprend : - une pastille transparente (6) s'étendant devant la face avant de la puce sans recouvrir les zones de connexion électrique de cette puce, - des plaques (2,7) délimitant entre elles une cavité (10) dans laquelle sont empilées ladite puce et ladite pastille et présentant des faces annulaires d'assemblage (2a, 7a), - des plots de connexion électrique (15) placés entre ledites zones de connexion électrique et une face (12) de ladite cavité, - des pistes de connexion électrique (14) portées par la plaque (7) située du côté de ladite pastille et s'étendant sur ladite face (12) de la cavité pour être en contact avec lesdits plots de connexion électrique, - une couche de colle (18) s'étendant entre lesdites faces d'assemblage (2a, 7a) desdites plaques, - lesdites pistes de connexion électrique (14) se prolongeant pour passer entre les faces d'assemblage desdites plaques en vue de connexions extérieures et la plaque située du côté de ladite pastille comprenant une ouverture située en face du capteur optique. 7. Boîtier selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comprend une entretoise annulaire d'écartement s'étendant entre ladite puce et ladite pastille transparente et situé entre le capteur optique et les zones de connexion électrique de cette puce. 8. Boîtier selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé par le fait que la plaque (2) située du côté de ladite puce (3) comprend des pistes de connexion électrique auxiliaires (16) s'étendant entre les faces d'assemblage desdites plaques et en contact avec lesdites pistes reliées auxdits plots de connexion électrique, entre lesdites faces d'assemblage. 9. Boîtier selon la revendication 8, caractérisé par le fait que des bandes de colle conductrice (17) sont interposées entre les pistes (14,16) desdites plaques (2,7) 10. Boîtier selon la revendication 8, caractérisé par le fait que lesdites pistes auxiliaires (16) se prolongent sur la face latérale de la plaque située du côté de la puce et sur la face extérieure de cette plaque opposée à cette puce. 11. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé par le fait qu'il comprend une couche de colle annulaire (21) entre ladite pastille transparente (6) et la plaque (7) située du côté de cette pastille. 12. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisé par le fait que lesdites plaques (2,7) comprennent respectivement des évidements (8,9) dans lesquels sont engagés ladite puce (3) et ladite pastille transparente (6).