Brevet FR2812453A1 — publié le 20020201

La présente invention se rapporte à un procédé de blindage et/ou de découplage répartis pour un dispositif électronique à composants électroniques intégrés empilés et assemblés pour constituer un bloc à interconnexion en trois dimensions. Elle se rapporte également au dispositif ainsi obtenu et à un procédé d'obtention collective de ces dispositifs. La réalisation des systèmes électroniques actuels, tant civils que militaires, doit tenir compte d'exigences de plus en plus grandes de compacité, du fait du nombre de plus en plus élevé de circuits mis en ceuvre. On a déjà proposé, pour tenir compte de ces exigences, de réaliser des empilements de puces de circuits intégrés nues ou de boîtiers encapsulant des puces, I'interconnexion s'effectuant en trois dimensions en utilisant les faces de l'empilement comme surfaces d'interconnexion pour réaliser les connexions entre broches de sortie nécessaires. L'évolution des puces de circuits intégrés comme des boîtiers les encapsulant tend à les rendre de plus en plus minces. On se dirige vers des réalisations tendant certainement vers quelques micromètres à quelques dizaines de micromètres d'épaisseur. Lorsqu'on veut empiler de tels circuits, leur proximité conduit à des interférences de plus en plus gênantes. D'autre part, la recherche de fréquences de fonctionnement de plus en plus élevées implique un découplage toujours plus performant des alimentations en tension des divers circuits. Habituellement, on prévoit un condensateur de découplage disposé le plus près possible des circuits, par exemple directement sur l'empilement de circuits, ou sous cet empilement ou à côté, le plus près possible. En effet, pour des commutations extrêmement rapides, il ne suffit pas de disposer d'une énergie stockée suffisante, donc d'une valeur de capacité suffisante; il faut encore acheminer cette énergie très vite vers les circuits commutés et le problème qui devient majeur est celui de l'inductance présentée par les connexions du condensateur vers les circuits. Plus les connexions sont courtes, plus l'inductance est faible et plus on pourra utiliser des fréquences élevées. Un premier but de l'invention est de réaliser de manière simple et peu coûteuse un blindage réparti entre les composants pour remédier au problème des interférences entre eux et avec l'extérieur. Un autre but de la présente invention est de résoudre ces deux problèmes d'interférence et de découplage de manière combinée. Un objet de l'invention est un procédé de blindage et/ou de découplage répartis éliminant les inconvénients ci-dessus grâce à l'interposition de feuilles minces métallisées entre les divers circuits formant l'empilement trois dimensions. Selon l'invention, il est donc prévu un procédé de blindage et/ou de découplage répartis pour un dispositif électronique à composants électroniques intégrés dans lequel lesdits composants comportant à leur périphérie des plots de connexion sont empilés et assemblés pour constituer un bloc à interconnexion en trois dimensions, caractérisé en ce que ledit procédé consiste à intercaler entre chaque composant et le composant adjacent au moins un plan séparateur constitué d'une feuille mince en matériau diélectrique dont au moins une face porte une métallisation, ladite métallisation étant reliée à la masse, pour assurer le blindage du ou des composants adjacents. De préférence, chaque face des plans séparateurs est métallisée pour constituer des plans condensateurs, lesdites métallisations d'un plan étant respectivement reliées à la masse et à la tension d'alimentation d'au moins un des composants adjacents. Grâce à ce procédé, les métallisations reliées à la masse servent de blindage parfait entre chaque composant et l'interposition d'un ou plusieurs plans condensateurs auprès de chaque composant permet un découplage très amélioré du fait que la longueur des connexions entre condensateur et composant associé est réduite au minimum. Selon un autre aspect de l'invention, il est également prévu un dispositif électronique à composants électroniques intégrés à blindage et/ou découplage répartis, dans lequel lesdits composants comportant à leur périphérie des plots de connexion sont empilés et assemblés pour constituer un bloc à interconnexion en trois dimensions, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend un empilage alterné de composants électroniques intégrés et de plans séparateurs pour former ledit bloc, chaque plan comportant une feuille mince en matériau diélectrique métallisée sur au moins une de ses deux faces et l'empilage comprenant au moins un plan séparateur entre deux composants consécutifs, et en ce que les faces latérales du bloc comportent des conducteurs disposés sur au moins une des faces pour relier les métallisations des plans séparateurs et les plots de connexion correspondants des composants. De préférence, chaque plan est métallisé sur ses deux faces pour constituer un plan condensateur. Enfin, I'obtention de tels dispositifs peut être d'autant plus économique qu'ils pourront être réalisés collectivement. Ainsi, selon encore un autre aspect de l'invention, il est prévu un procédé d'obtention collective de dispositifs électroniques tels que définis ci- dessus, caractérisé en ce que ledit procédé consiste à: - réaliser lesdits composants côte à côte selon un motif géométrique régulier dans des plans actifs; - réaliser sur des feuilles minces de matériau diélectrique lesdites métallisations selon le même motif géométrique; - empiler et assembler lesdits plans actifs avec lesdites feuilles métallisées de manière alternée, au moins une feuille étant interposée entre chaque plan actif, de sorte que les composants et les métallisations se correspondent pour définir des lignes de sciage délimitant lesdits blocs individuels; percer des trous perpendiculaires auxdits plans et feuilles dans l'assemblage obtenu, le long des lignes de sciage et à l'aplomb desdites pattes et desdits plots de connexion - métalliser lesdits trous; et scier l'assemblage le long des lignes de sciage pour obtenir lesdits blocs dans lesquels les interconnexions en trois dimensions sont constituées par les demi-trous métallisés. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints o: - la figure 1 est un schéma partiel d'un dispositif connu à interconnexion en trois dimensions; - la figure 2 est une vue en éclaté partielle d'un dispositif selon l'invention; - la figure 3 est un schéma d'un plan condensateur selon une variante de l'invention; - la figure 4 est une vue partielle illustrant un procédé d'obtention collective selon l'invention; et - la figure 5 montre partiellement un dispositif obtenu selon le procédé illustré par la figure 4. Sur la figure 1 est représenté partiellement un dispositif électronique à interconnexion en trois dimensions connu constitué par un bloc 1 formé de puces semi-conductrices 2, empilées verticalement par l'intermédiaire de couches isolantes et adhésives 3. Un tel dispositif est décrit dans le brevet français FR 2 645 681. Au-dessus et au-dessous, sont prévues des couches de fermeture 41 et 42 en matériau isolant qui assurent notamment la protection et la rigidification, si nécessaire, du bloc 1. Le bloc 1 comporte, sur une de ses faces externes, par exemple dans une ouverture 43 de la face de dessus de la couche de fermeture 41, un condensateur de découplage 6. Celui-ci est relié par un conducteur 61 à un plot de connexion 52 du dispositif. A ce plot 52 aboutit un conducteur d'interconnexion 50, disposé sur une face latérale du bloc 1 et interconnectant des plots de connexion 20 des puces 2. Comme on l'a déjà mentionné, la longueur des connexions du condensateur 6 avec les puces 2 peut être assez grande, en particulier pour les puces 2 inférieures dans le bloc, ce qui constitue un inconvénient sérieux pour fonctionner à des vitesses élevées. Par ailleurs, plus les puces 2 et les couches 3 sont minces, pour gagner en encombrement et aussi en vitesse, plus les interférences entre puces vont être importantes et gênantes. L'invention est partie de la constatation que, technologiquement, on sait réaliser en série des condensateurs multicouches à partir de film diélectrique très mince, par exemple 1 à 2 pm d'épaisseur, métallisé sur les deux faces et enroulé pour former des centaines de couches dans lesquelles on découpe ensuite par sciage les condensateurs. Selon l'invention, on prévoit donc d'intercaler entre chaque puce ou composant électronique, nu ou encapsulé dans un boîtier, au moins un plan séparateur formé d'une feuille mince en matériau diélectrique dont au moins une face porte une métallisation, I'une des métallisations étant reliée à la masse, ce qui assure le blindage des composants adjacents; si les deux faces sont métallisées, I'autre est reliée à la tension d'alimentation d'au moins un des composants adjacents pour réaliser un condensateur de lo découplage. Par ou plusieurs faces latérales. Les plans condensateurs qui sont disposés de chaque côté du composant 2 sont constitués chacun d'une feuille mince de matériau diélectrique 10 dont les deux faces supérieure et inférieure sont métallisées. Ces métallisations supérieure 11 et inférieure 12 sont délimitées pour ne pas affleurer les bords du bloc 1' autrement que par des pattes de connexion 110, 120. Après empilage alterné et assemblage par exemple par un matériau isolant et adhésif (non représenté) des divers éléments du bloc 1', les pattes 110, 120 et les plots 25, 26 sont reliés par des conducteurs respectivement 13, 14 sur les faces latérales du bloc 1', les conducteurs 13 étant par exemple connectés à la masse et les conducteurs 14 à la tension d'alimentation. Bien entendu, entre chaque composant et son voisin, on peut utiliser plusieurs plans condensateurs en parallèle, au lieu d'un seul comme sur la figure 2, de manière à augmenter la capacité. D'autre part, si deux ou plusieurs niveaux de tension d'alimentation sont nécessaires pour un ou plusieurs composants actifs, on doit là aussi prévoir deux ou plusieurs plans condensateurs pour relier leurs métallisations respectivement à ces diverses tensions par des conducteurs tels 14, différents. Les feuilles minces 10 peuvent avoir des épaisseurs très faibles de lo I'ordre de quelques dixièmes de micromètres à quelques micromètres. On peut utiliser comme matériau du polyéthylène téréphtalate, par exemple sous une épaisseur de l'ordre de 2 pm, ou du polyéthylène naphtalate, par exemple avec une épaisseur de l'ordre de 0,9 pm. Les métallisations 11, 12 sont en aluminium avec une épaisseur par exemple de 0,3 pm, ce qui a l'avantage d'être homogène avec les conducteurs en aluminium souvent utilisés pour les composants actifs. Comme pour le bloc de la figure 1, on peut prévoir sur le bloc 1' une couche de fermeture inférieure portant les éléments de connexion externe (plots, connexions, avec pattes, BGA,...) et une couche de fermeture supérieure avec une feuille organique portant par exemple des marquages et détrompages. Il est clair que l'on peut prévoir de ne métalliser qu'une face de la feuille mince 10, ici la métallisation 11, que l'on relie à la masse; on obtient ainsi un blindage réparti efficace, sans la fonction condensateur. Un autre avantage de l'invention, illustré par la figure 3, est que l'on peut utiliser une des métallisations d'un plan condensateur pour effectuer un renvoi ou routage de certaines connexions d'un côté à un autre du bloc. Pour cela, on grave (122) dans la métallisation, de préférence la métallisation 12 reliée à une tension d'alimentation, un conducteur de connexion de routage ou liaison 121 reliant un conducteur 131 sur une face latérale du bloc à un conducteur 132 sur une face voisine. Ce conducteur 121 est séparé de la métallisation 12, 123 par des gravures 122 obtenues par tout moyen connu. La portion 123 de métallisation n'est pas utile car non reliée ici. On réalise ces conducteurs de liaison de préférence dans la métallisation 12 reliée à la tension d'alimentation. En effet, on ne perd ainsi qu'une fraction de capacité, ce qui peut être compensé par un plan condensateur supplémentaire, alors que le blindage par la métallisation 11 à la masse reste intact, ce qui ne serait pas obtenu dans le cas inverse. Naturellement, avec la même technologie que pour les plans condensateurs, on pourrait rajouter un plan topologique avec une métallisation sur une feuille mince o on découperait différents conducteurs de liaison. Les dispositifs électroniques du type décrit ci-dessus peuvent être réalisés individuellement par empilage alterné des composants actifs et des 0o plans condensateurs (éventuellement des couches de fermeture) puis assemblage par colle ou résine pour former un bloc, enfin réalisation des conducteurs sur les faces latérales du bloc, ces étapes constituant les étapes essentielles de la réalisation. Cependant, pour des raisons d'économie, il peut être préférable de réaliser collectivement ces dispositifs. Pour cela, comme illustré sur la figure 4, on prévoit des plans actifs 200 dans lesquels on réalise des composants actifs 2 côte à côte selon un motif géométrique régulier (rectangles ou carrés adjacents). On réalise sur des feuilles minces de matériau diélectrique les métallisations des plans condensateurs selon le même motif géométrique. On empile et assemble en alternance les plans actifs et les feuilles métallisées, éventuellement avec des couches de fermeture telles 41', de manière que les composants et les métallisations se correspondent en visà- vis pour définir des lignes de sciage 17 délimitant les blocs individuels 1'. On perce dans l'assemblage des trous 170 perpendiculaires auxdits plans et feuilles, le long des lignes de sciage 17 et à l'aplomb des pattes et plots de connexion de chaque bloc. Ce perçage peut être réalisé par poinçonnage. On métallise les trous 170 puis on scie l'assemblage selon les lignes 17 de façon à obtenir les blocs individuels avec les conducteurs d'interconnexion en trois dimensions réalisés par les demi-trous métallisés comme on peut le voir sur la représentation partielle de la figure 5. Cette figure montre un demi-trou métallisé 170 dont la métallisation 13' relie la patte 110 de la métallisation 11 d'un plan condensateur (10, 11, 12) au plot de connexion 15 d'un composant actif 2. La couche adhésive 18 assemble le composant 2 au plan condensateur. Il est clair que ce procédé d'obtention collective n'est réalisable que parce que les épaisseurs des blocs sont faibles et compatibles avec des diamètres de trou non prohibitifs, pour obtenir une métallisation correcte. Un mode de réalisation particulièrement avantageux peut consister à percer des trous oblongs dont le grand axe suit les lignes de sciage, au lieu de trous circulaires. Cela a l'avantage de moins empiéter sur la zone utile des composants actifs et sur les métallisations et d'augmenter les tolérances d'alignement. Bien entendu, I'invention peut s'appliquer à tout type de composant elle est particulièrement intéressante pour la réalisation de blocs mémoires avec des plans mémoires très minces. REVENDICATIONS 1. Procédé de blindage et/ou de découplage répartis pour un dispositif électronique à composants électroniques intégrés dans lequel lesdits composants comportant à leur périphérie des plots de connexion sont empilés et assemblés pour constituer un bloc (1) à interconnexion en trois dimensions, caractérisé en ce que ledit procédé consiste à intercaler entre chaque composant (2) et le composant adjacent au moins un plan séparateur (10, 11, 12) constitué d'une feuille mince en matériau diélectrique (10) dont au moins une face porte une métallisation (11, 12), ladite métallisation étant reliée à la masse, pour assurer le blindage du ou des composants adjacents. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque face des plans séparateurs est métallisée pour constituer des plans condensateurs, lesdites métallisations (11, 12) d'un plan étant respectivement reliées à la masse et à la tension d'alimentation d'au moins un des composants adjacents 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on connecte les métallisations (11, 12) et les plots de connexions (25, 26) par des conducteurs (13, 14) disposés sur au moins une des faces latérales (21 à 24) du bloc. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les métallisations (11, 12) des plans sont délimitées pour n'affleurer le bord du bloc que par des pattes de connexion (110, 120) disposées vers au moins une des faces du bloc, lesdits conducteurs (13, 14) étant disposés pour relier lesdites pattes et les plots de connexion correspondants des composants. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on associe à chaque composant au moins un plan séparateur ou condensateur adjacent à celui-ci. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que, pour renvoyer une connexion (131, 132) d'une face du bloc à une autre, on découpe (122) un conducteur de liaison (121) dans au moins une métallisation (12) de plan condensateur reliée à une tension d'alimentation. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, dans l'empilement constituant le bloc, on rajoute au moins une feuille mince en matériau diélectrique ayant au moins une face métallisée pour constituer un plan topologique pour le routage de connexions entre les diverses faces latérales du bloc. 8. Dispositif électronique à composants électroniques intégrés à blindage et/ou découplage répartis, dans lequel lesdits composants comportant à leur périphérie des plots de connexion sont empilés et assemblés pour constituer un bloc à interconnexion en trois dimensions, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend un empilage alterné de composants électroniques intégrés (2) et de plans séparateurs pour former ledit bloc (1'), chaque plan comportant une feuille mince en matériau diélectrique (10) métallisée (11, 12) sur au moins une de ses deux faces et I'empilage comprenant au moins un plan séparateur entre deux composants consécutifs, et en ce que les faces latérales (21 à 24) du bloc (1') comportent des conducteurs (13, 14) disposés sur au moins une des faces pour relier les métallisations (11, 12) des plans séparateurs et les plots de connexion (25, 26) correspondants des composants. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque plan est métallisé sur ses deux faces (11, 12) pour constituer un plan condensateur. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les métallisations (11, 12) des plans condensateurs sont délimitées pour n'affleurer les faces latérales du bloc que par des pattes de connexion (110, ) disposées vers au moins une face du bloc et en contact avec lesdits conducteurs (13, 14) associés. 11. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que, pour chaque plan (10, 11, 12), ladite feuille mince (10) est en polyéthylène téréphtalate ou en polyéthylène naphtalate. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que ladite feuille mince a une épaisseur de quelques dixièmes de micromètre à quelques micromètres. 13. Dispositif selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que lesdites métallisations (11, 12) des plans sont en aluminium et ont une épaisseur de quelques dixièmes de micromètre. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que lesdits composants électroniques intégrés (2) sont des plans mémoires. 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que lesdits composants sont constitués par des puces de circuit intégré nues. 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que lesdits composants sont constitués par des boîtiers encapsulant des puces de circuit intégré. 17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 16, caractérisé en ce que les différents plans séparateurs et/ou condensateurs et composants d'un bloc (1') sont assemblés par une colle ou résine. 18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 17, caractérisé en ce que ledit bloc comporte en outre, de part et d'autre de l'empilement, une couche de fermeture en matériau diélectrique. 19. Procédé d'obtention collective de dispositifs électroniques selon l'une quelconque des revendications 8 à 18, caractérisé en ce que ledit procédé consiste à: - réaliser lesdits composants côte à côte selon un motif géométrique régulier dans des plans actifs (200) - réaliser sur des feuilles minces de matériau diélectrique lesdites métallisations selon le même motif géométrique - empiler et assembler lesdits plans actifs avec lesdites feuilles métallisées de manière alternée, au moins une feuille étant interposée entre chaque plan actif, de sorte que les composants et les métallisations se correspondent pour définir des lignes de sciage (17) délimitant lesdits blocs individuels; - percer des trous (170) perpendiculaires auxdits plans et feuilles dans l'assemblage obtenu, le long des lignes de sciage et à l'aplomb desdites pattes (110, 120) et desdits plots de connexion (25, 26); - métalliser lesdits trous; et scier l'assemblage le long des lignes de sciage (17) pour obtenir lesdits blocs dans lesquels les interconnexions en trois dimensions sont constituées par les demi-trous métallisés. 20. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que lesdits trous sont réalisés par poinçonnage.