Brevet FR2819936A1 — publié le 20020726

PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UN BOÎTIER SEMI-CONDUCTEUR ET BOÎTIER SEMI-CONDUCTEUR A PUCES DE CIRCUITS INTEGRES La présente invention concerne le domaine de la mise en boîtier ou de l'encapsulation de puces de circuits intégrés et du domaine des boîtiers semi-conducteurs renfermant de telles puces. La façon la plus courante de réaliser des boîtiers semiconducteurs renfermant des puces de circuits intégrés consiste à fixer la puce sur un organe support équipé de lignes extérieures ou intérieures de connexion électrique, par exemple une plaque ou une grille, et à encapsuler la puce et en partie l'organe support et de connexion électrique dans une matière d'enrobage par injection. Selon une technique moins courante, la matière d'enrobage est remplacée par un couvercle enveloppant à distance la puce et installé après la fixation de la puce sur l'organe support et de connexion électrique. Bien que donnant la plupart du temps satisfaction, ces techniques nécessitent la mise en oeuvre d'outillages coûteux et des étapes de fabrication relativement longues. Ces boîtiers semiconducteurs obtenus présentent parfois des faiblesses notamment en ce qui concerne leur résistance mécanique ou en ce qui concerne leur résistance à la corrosion, conduisant à une détérioration des plots de connexion électrique des puces et des moyens de connexion électrique entre ces plots et l'extérieur des boîtiers. De plus, les boîtiers connus fabriqués notamment par injection mettent en oeuvre des matériaux relativement coûteux. La présente invention a en particulier pour but de résoudre au moins en partie les problèmes mentionnés ci-dessus. La présente invention a tout d'abord pour objet un procédé de fabrication d'un boîtier semi-conducteur renfermant une puce de circuits intégrés présentant sur une face d'assemblage des zones de connexion électrique. Selon l'invention, ce procédé consiste : à prendre une première plaque multi-couches dont une face d'assemblage est recouverte d'une couche de colle activable et à réaliser au travers de cette plaque des trous traversants géométriquement répartis selon la répartition desdites zones de connexion électrique de la puce ; à prendre une seconde plaque et à réaliser un évidement dans une face d'assemblage de cette seconde plaque apte à recevoir ladite puce ; à placer ladite puce sur ladite face d'assemblage de ladite première plaque dans une position telle que les zones précitées de connexion électrique de la puce soient en face desdits trous de cette première plaque et ladite face d'assemblage de ladite seconde plaque sur ladite face d'assemblage de ladite première plaque, ladite puce étant engagée dans ledit évidement ; et à exercer une pression dans le sens du rapprochement desdites plaques de façon que ladite puce soit prise en sandwich entre la face d'assemblage de ladite première plaque et le fond de l'évidement de ladite seconde plaque et que ladite couche de colle soit comprimée entre lesdites faces d'assemblage desdites plaques et entre la face d'assemblage de ladite première plaque et la face d'assemblage de la puce, de telle sorte que lesdites plaques soient fixées par activation de ladite couche de colle. Selon l'invention, le procédé consiste de préférence, ultérieurement, à remplir au moins partiellement lesdits trous de ladite première plaque d'une matière de connexion électrique. Selon l'invention, le procédé peut consister à placer sur ladite face d'assemblage de ladite première plaque ladite puce puis ladite seconde plaque en engageant la puce dans l'évidement de la seconde plaque. Selon l'invention, le procédé peut consister à fixer par collage la puce dans l'évidement de la seconde plaque puis à placer cette seconde plaque munie de la puce sur ladite face d'assemblage de ladite première plaque. Selon l'invention, le procédé consiste de préférence à munir les zones de connexion électrique de la puce de plots de connexion électrique en saillie, ces plots de connexion électrique s'engageant dans les trous de la première plaque lors de son assemblage. Selon l'invention, le procédé consiste de préférence à remplir lesdits trous de la première plaque d'une matière de connexion électrique de façon à réaliser des plots en saillie de connexion électrique sur la face de ladite première plaque opposée à sa face d'assemblage. La présente invention a également pour objet un boîtier semi-conducteur renfermant une puce de circuits intégrés présentant sur une face avant des zones de connexion électrique. Selon l'invention, ce boîtier comprend : une première plaque multi-couches dont une face d'assemblage est munie d'une couche de colle et qui présente des trous traversants ; et une seconde plaque qui présente un évidement ménagé dans une face d'assemblage fixée à la face d'assemblage de la première plaque par l'intermédiaire de ladite couche de colle ; ladite puce étant disposée dans ledit évidement dans une position telle que sa face avant est fixée à la face d'assemblage de la première plaque par l'intermédiaire de ladite couche de colle et que ses zones de connexion électrique sont situées en face des trous traversants de cette première plaque, et le fond de l'évidement de ladite seconde plaque étant en appui sur la face arrière de la puce opposée à la face avant. Selon l'invention, les trous de ladite première plaque sont de préférence remplis d'une matière de connexion électrique réalisant des plots de connexion électrique en saillie sur la face de cette première plaque opposée à sa face d'assemblage. Selon l'invention, ladite première plaque comprend de préférence une couche extérieure opposée à sa face d'assemblage en une matière constituant une barrière contre l'humidité, en particulier en téflon ou en un polymère fluoré. Selon l'invention, ladite première plaque comprend de préférence une couche intermédiaire en une matière plastique, en particulier en une matière thermoplastique ou en un polymère à cristaux liquides (LCP). Selon l'invention, ladite seconde plaque comprend de préférence une couche extérieure opposée à sa face d'assemblage en une matière constituant une barrière contre l'humidité, en particulier en téflon ou en un polymère fluoré. Selon l'invention, ladite seconde plaque comprend de préférence une couche intermédiaire en une matière plastique, en particulier en une matière thermoplastique ou en un polymère à cristaux liquides (LCP). Selon l'invention, la face d'assemblage de ladite seconde plaque est de préférence munie d'une couche de colle. Selon l'invention, une couche de colle est de préférence interposée entre le fond de l'évidement de ladite seconde plaque et la face arrière de la puce. Selon l'invention, le boîter peut avantageusement comprendre un bloc de dissipation de chaleur traversant une ouverture de ladite seconde plaque et présentant une face fixée en appui contre la face arrière de la puce. La présente invention sera mieux comprise à l'étude d'un boîtier semi-conducteur renfermant une puce de circuits intégrés et d'un procédé de fabrication de ce boîtier, décrits à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par le dessin sur lequel : - la figure 1 représente une coupe transversale d'une première plaque du boîtier précité, dans une position correspondant à une première étape de fabrication de ce boîtier ; - la figure 2 représente une vue de dessus de la première plaque de la figure 1 ; - la figure 3 représente une coupe transversale de la première plaque précitée, munie d'une puce de circuits intégrés, dans des positions correspondant à une seconde étape de fabrication du boîtier ; - la figure 4 représente une coupe transversale de la première plaque précitée munie de la puce à circuits intégrés et d'une seconde plaque, dans des positions correspondant à une troisième étape de fabrication du boîtier précité ; - la figure 5 représente, en coupe transversale, un boîtier semi-conducteur définitif selon la présente invention, après une quatrième étape de fabrication ; - la figure 6 représente, en coupe transversale, une variante d'exécution du boîtier semi-conducteur précité, après une cinquième étape de fabrication. En se reportant aux figures 1 à 5, on va décrire les différentes étapes de fabrication d'un boîtier semi-conducteur 1. Ce boîtier semi-conducteur 1 comprend une première plaque 2 qui présente une face d'assemblage 2a, une seconde plaque 3 qui présente une face d'assemblage 3a, et une puce de circuits intégrés 4 qui présente une face d'assemblage 4a sur laquelle est répartie une multiplicité de zones de connexion électrique 5. La première plaque 2 est préfabriquée de façon à présenter une couche interne 6 rigide en une matière plastique présentant de préférence un point de fusion supérieur à 300 degrés, par exemple en un thermoplastique ou en un polymère à cristaux liquides (LCP), dont une face est recouverte d'une couche 7 constituant une barrière à l'humidité, par exemple en un téflon ou un polymère fluoré, et dont l'autre face est recouverte d'une couche de colle isolante activable 8 formant la face d'assemblage 2a. La première plaque 2 présente une multiplicité de passages traversants 9 qui sont répartis de façon à correspondre à la répartition géométrique des zones 5 de connexion électrique de la puce 4 comme le montre plus précisément la figure 2. Comme le montre la figure 1, une étape de fabrication consiste à placer la première plaque 2 ainsi constituée sur une table 10 d'une machine, munie de moyens classiques de maintien de la plaque 2, par exemple par aspiration, la couche externe 7 étant placée en contact avec la table 10. Cette opération peut être assurée par une tête de prise et de pression 11 de la machine, représentée sur la figure 4. Comme le montre la figure 3, les zones 5 de connexion électrique de la puce 4 sont préalablement munies de plots de connexion électrique 12 en saillie. Une étape suivante de fabrication consiste à placer la puce 4 sur la première plaque 2 dans une position telle que sa face d'assemblage 4a vient en appui contre la face 2a d'assemblage de la première plaque 2, sur sa couche de colle 8, et que les plots de connexion électrique 12 s'engagent dans les trous traversants 9 correspondant de cette plaque. Cette opération est avantageusement exécutée par la tête de prise et de pression 11. La seconde plaque 3, qui par exemple est constituée en une matière identique à celui de la couche intermédiaire 6 de la première plaque 2, présente, dans sa face d'assemblage 3, un évidement 13 dont la section parallèle à sa face d'assemblage 3a est légèrement supérieure à la section de la puce 4 parallèle à sa face d'assemblage 4a et dont la profondeur correspond à l'épaisseur de la puce 4. Comme le montre la figure 5, une étape suivante de fabrication consiste à placer la seconde plaque 3 sur la première plaque 2 en engageant la puce 4 dans l'évidement 13 de telle sorte qu'en position finale, le fond 13a de l'évidement 13 vienne en appui contre la face arrière 4b de la puce 4 et que sa face d'assemblage 3a entourant l'évidement 13 vienne en appui contre la face d'assemblage 2a de la première plaque 2. Pour exécuter cette opération, on utilise avantageusement la tête de prise et de pression 11. Dans une étape suivante de fabrication, la tête de prise et de pression 11 est maintenue sur la seconde plaque 3 et exerce une pression en direction de la table 10 dans le sens du rapprochement des plaques 2 et 3, de façon que la puce soit prise en sandwich entre la face d'assemblage 2a de la première plaque 2 et le fond 13a de l'évidement 13 de la seconde plaque 3. Sous l'effet de la pression exercée, la couche de colle 8 de la première plaque 2 est comprimée sur toute sa surface par la face d'assemblage 4a de la puce 4 et par la face d'assemblage 2a de la seconde plaque 3 et peut être activée en fonction de ses caractéristiques propres de façon à constituer un joint de fixation étanche. La couche de colle 8 peut en effet être choisie 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. Comme le montre la figure 5, une étape suivante de fabrication consiste à remplir les trous 9 de la seconde plaque 2 d'une matière de connexion électrique 14, fusionnant avec la matière constituant les plots 12 de la puce 4, de façon à constituer des plots 15 de connexion électrique extérieur, de préférence en saillie. Le boîtier semi-conducteur 1 ainsi obtenu présente notamment les avantages suivants, qui résultent principalement de la continuité de la couche de colle 8 et du fait que la puce 4 est complètement enfermée. La couche de colle 8 permet l'assemblage des plaques 2 et 3 et de la puce 4 et assure une éventuelle compensation des différences entre l'épaisseur de la puce 4 et la profondeur de l'évidement 13 de la seconde plaque 3. La couche de colle 8 constitue une barrière continue d'isolation électrique et d'étanchéité vis-à-vis des zones de connexion électrique 5 et des plots de connexion électrique 12 prolongés par les plots de connexion électrique 15, les uns par rapport aux autres et par rapport à l'extérieur du boîtier 1. La couche extérieure 7 contribue à assurer la protection des zones de connexion électrique 5 et des plots de connexion électrique 12 prolongés par les plots de connexion électrique 15. La couche intermédiaire 6 de la première plaque 2 et la seconde plaque 3 assurent la rigidité du boîtier 1. Dans une variante de fabrication, la puce 4 pourrait être préalablement fixée dans l'évidement 13 de la seconde plaque 3 par exemple par l'intermédiaire d'une couche de colle interposée entre la face arrière 4b de la puce 4 et le fond 13a de l'évidement 13 et cet ensemble pourrait être placé sur la première plaque 2 disposée sur la table 10 pour être assemblé à cette dernière comme décrit en référence à la figure 4. Dans une variante de structure, la seconde plaque 3 pourrait être équivalente à la première plaque 2 et présenter une couche intermédiaire en matière plastique telle qu'un thermoplastique ou en un polymère à cristaux liquides (LCP), une couche extérieure de protection contre l'humidité et une couche intérieure de colle sur sa face d'assemblage 2a. Dans une autre variante de réalisation représentée sur la figure 6, la seconde plaque 3 présente une ouverture 16 débouchant dans le fond 13a de l'évidement 13, une couche annulaire de colle étanche 17 étant alors de préférence interposée entre la puce de la paroi de l'évidement 13 de cette seconde plaque 3. Ainsi, un bloc 18 de dissipation de la chaleur peut être ultérieurement monté sur le boîtier 1 en engageant une partie 19 de ce bloc 18 au travers de l'ouverture 16, cette partie 18 étant par exemple fixée à plat contre la face arrière 4b de la puce 4 par une couche de colle thermique. La présente invention ne se limite pas aux exemples cidessus décrits. Bien d'autres variantes de réalisation sont possibles sans sortir du cadre défini par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un boîtier semi-conducteur renfermant une puce de circuits intégrés présentant sur une face d'assemblage des zones de connexion électrique, caractérisé par le fait qu'il consiste : - à prendre une première plaque multi-couches (2) dont une face d'assemblage (2a) est recouverte d'une couche de colle activable (8) et à réaliser au travers de cette plaque des trous traversants (9) géométriquement répartis selon la répartition desdites zones (5) de connexion électrique de la puce (4) ; - à prendre une seconde plaque (3) et à réaliser un évidement (13) dans une face d'assemblage (3a) de cette seconde plaque apte à recevoir ladite puce (4) ; - à placer ladite puce (4) sur ladite face d'assemblage de ladite première plaque (2) dans une position telle que les zones précitées de connexion électrique (5) de la puce soient en face desdits trous (9) de cette première plaque et ladite face d'assemblage de ladite seconde plaque (3) sur ladite face d'assemblage de ladite première plaque (2), ladite puce étant engagée dans ledit évidement (13) ; - et à exercer une pression dans le sens du rapprochement desdites plaques de façon que ladite puce soit prise en sandwich entre la face d'assemblage de ladite première plaque et le fond de l'évidement de ladite seconde plaque et que ladite couche de colle soit comprimée entre lesdites faces d'assemblage desdites plaques et entre la face d'assemblage de ladite première plaque et la face d'assemblage de la puce, de telle sorte que lesdites plaques soient fixées par activation de ladite couche de colle. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il consiste, ultérieurement, à remplir au moins partiellement lesdits trous (9) de ladite première plaque (2) d'une matière de connexion électrique (14). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il consiste à placer, sur ladite face d'assemblage de ladite première plaque (2), ladite puce (4) puis ladite seconde plaque (3) en engageant la puce dans l'évidement (13) de cette seconde plaque. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il consiste à fixer par collage la puce (4) dans l'évidement (13) de la seconde plaque (3) puis à placer cette seconde plaque munie de la puce sur ladite face d'assemblage de ladite première plaque (2). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il consiste à munir les zones de connexion électrique (5) de la puce de plots de connexion électrique en saillie (12), ces plots de connexion électrique s'engageant dans les trous (13) de la première plaque (2) lors de son assemblage. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il consiste à remplir lesdits trous (9) de la première plaque d'une matière de connexion électrique de façon à réaliser des plots en saillie de connexion électrique (15) sur la face de ladite première plaque (2) opposée à sa face d'assemblage (2a). 7. Boîtier semi-conducteur renfermant une puce de circuits intégrés présentant sur une face avant des zones de connexion électrique, caractérisé par le fait qu'il comprend : - une première plaque multi-couches (2) dont une face d'assemblage (2a) est munie d'une couche de colle (8) et qui présente des trous traversants (9) ; - et une seconde plaque (3) qui présente un évidement (13) ménagé dans une face d'assemblage (3a) fixée à la face d'assemblage de la première plaque par l'intermédiaire de ladite couche de colle ; ladite puce (4) étant disposée dans ledit évidement dans une position telle que sa face avant est fixée à la face d'assemblage de la première plaque par l'intermédiaire de ladite couche de colle et que ses zones de connexion électrique sont situées en face des trous traversants de cette première plaque, et le fond de l'évidement de ladite seconde plaque étant en appui sur la face arrière de la puce opposée à la face avant. 8. Boîtier selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les trous (9) de ladite première plaque (2) sont remplis d'une matière de connexion électrique (14) réalisant des plots de connexion électrique en saillie (15) sur la face de cette première plaque opposée à sa face d'assemblage. 9. Boîtier selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé par le fait que ladite première plaque (2) comprend une couche extérieure (7) opposée à sa face d'assemblage (2a) en une matière constituant une barrière contre l'humidité, en particulier en Téflon ou en un polymère fluoré. 10. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé par le fait que ladite première plaque (2) comprend une couche intermédiaire (6) en une matière plastique, en particulier en une matière thermoplastique ou en un polymère à cristaux liquides (LCP). 11. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé par le fait que ladite seconde plaque (3) comprend une couche extérieure opposée à sa face d'assemblage en une matière constituant une barrière contre l'humidité, en particulier en téflon ou en un polymère fluoré. 12. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé par le fait que ladite seconde plaque (3) comprend une couche intermédiaire en une matière plastique, en particulier en une matière thermoplastique ou en un polymère à cristaux liquides (LCP). 13. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé par le fait que la face d'assemblage (3a) de ladite seconde plaque (3) est munie une couche de colle. 14. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 7 à 13, caractérisé par le fait qu'il comprend une couche de colle (17) entre le fond de l'évidement (13) de ladite seconde plaque (2) et la face arrière de la puce (4). 15. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 7 à 14, caractérisé par le fait qu'il comprend un bloc (18) de dissipation de chaleur traversant une ouverture (16) de ladite seconde plaque (3) et présentant une face fixée en appui contre la face arrière de la puce.