Brevet FR2856196A1 — publié le 20041217

Composant électronique protégé contre les décharges électrostatiques. L'invention concerne les circuits intégrés, et plus 5 particulièrement les circuits intégrés radiofréquence destinés à fonctionner à des fréquences supérieures ou égales à 1 GHz. A l'heure actuelle, les circuits intégrés radiofréquence incorporent au sein d'un même substrat différents blocs fonctionnels distincts, analogiques ou numériques, tels que par exemple des 10 amplificateurs faible bruit (LNA: " Low Noise Amplifier " en langue anglaise), des oscillateurs locaux, des amplificateurs de puissance, les démodulateurs numériques, ou encore des boucles à verrouillage de phase. Par ailleurs, une contrainte dans la réalisation des circuits 15 intégrés réside dans la nécessité d'équiper ceux-ci de moyens de protection contre les décharges électrostatiques qui pourraient endommager les composants électroniques du circuit intégré. Classiquement, ces moyens de protection contre les décharges électrostatiques comportent, outre des diodes et des circuits classiques 20 de protection plus connus sous leur dénomination anglo-saxonne de " clamp ", plusieurs rails de décharge (ou métallisation), respectivement connectés aux différents blocs fonctionnels et formant une référence de masse pour les décharges électrostatiques. Afin d'assurer la continuité électrique continue entre ces différents rails de 25 décharge, il est prévu en particulier de disposer entre ceux-ci, des diodes tête-bêche. Cependant, une telle réalisation induit des capacités de couplage entre les rails de décharges, et par conséquent une transmission potentielle de bruit entre ces rails. 30ié (Or, la transmission de bruit peut g-ner, en particulier dans le domaine radiofréquence, certains blocs fonctionnels particulièrement sensibles, comme les amplificateurs faible bruit. L'invention vise à apporter une solution à ce problème. Un but de l'invention est de proposer une protection efficace du composant électronique vis-à-vis des décharges électrostatiques tout en minimisant la transmission potentielle de bruit par l'intermédiaire de ces moyens de protection contre les décharges électrostatiques. L'invention propose donc un composant électronique comprenant un circuit intégré incorporant plusieurs blocs fonctionnels et distincts au sein d'un substrat semiconducteur, ainsi que des moyens de protection contre les décharges électrostatiques. Selon une caractéristique générale de l'invention, les moyens de protection contre les décharges électrostatiques comporte plusieurs rails de décharge métalliques distincts disposés au-dessus du substrat et respectivement associés à la pluralité de blocs fonctionnels, tous ces rails de décharge métalliques étant mutuellement non connectés 15 électriquement au sein du circuit intégré, mais reliés électriquement par une connexion électrique externe au circuit intégré à un même plan de masse formant une référence de masse pour les décharges électrostatiques, ce plan de masse étant situé à l'extérieur du circuit intégré. En d'autres termes, selon l'invention, il est prévu une complète coupure inter-rails au niveau du circuit intégré et par conséquent une isolation entre les rails métalliques. Par contre, la continuité électrique en termes de courant continu, nécessaire pour la protection contre les décharges électrostatiques, est assurée par cette connexion 25 électrique externe au circuit intégré, ainsi que par le plan de masse externe. L'invention est également remarquable en ce sens qu'alors que le circuit intégré en lui-même n'est pas protégé contre les décharges électrostatiques, cette protection est acquise une fois que le circuit z0 intégré est associé au plan de masse externe au circuit intégré. Le plan de masse est avantageusement une plaque métallique ayant une face visible lorsque le circuit intégré est encapsulé dans son boîtier. Ainsi alors que le circuit intégré, c'est à dire par exemple la puce de silicium, n'est pas intrinsèquement protégé contre les décharges électrostatiques, cette protection est acquise après encapsulage du circuit intégré dans son boîtier, c'est à dire après 5 " packaging " selon une dénomination anglosaxonne couramment utilisée dans ce domaine. Ainsi le composant électronique, comportant le circuit intégré encapsulé dans son boîtier et la plaque métallique ayant une face située à l'extérieur du boîtier, est intrinsèquement protégé contre les décharges électrostatiques. La connexion métallique externe entre les rails de décharge et le plan de masse externe peut être réalisée par exemple par des fils de liaison (" bonding " selon une dénomination anglosaxonne couramment utilisée par l'homme du métier) connectés, d'une part, aux différents rails de décharge métalliques par l'intermédiaire de 15 plots de contact, et d'autre part, sur le plan de masse externe. La présence de tels fils de liaison, généralement inductifs, contribue à minimiser la transmission du bruit car ils réalisent un premier filtrage. Par ailleurs, la plaque métallique formant ledit plan de masse 20 externe peut être un dissipateur thermique (" slug " selon une dénomination anglosaxonne) disposé sous le circuit intégré. Un dissipateur thermique est en effet une plaque métallique relativement épaisse. Les rails de décharge métalliques distincts sont alors reliés au dissipateur thermique par des fils électriques distincts. Ainsi, selon ce mode de réalisation, on utilise pour former le plan de masse externe, un moyen, à savoir le dissipateur thermique, habituellement utilisé pour d'autres fonctions, en l'espèce pour une évacuation de chaleur. Par ailleurs, un dissipateur thermique présente généralement > Pour des applications radiofréquences notamment, le circuit intégré peut être avantageusement fixé sur une fine plaque métallique qui fait office de référence de masse pour les signaux radiofréquences. Cette fine plaque métallique est aussi désignée par l'homme du métier par la dénomination anglo-saxonne d' " Cela étant, en l'absence de dissipateur thermique, la plaque métallique formant ledit plan de masse externe faisant office de référence de masse pour les décharges électrostatiques, peut être constituée de ladite fine plaque métallique faisant office de référence 10 de masse pour les signaux radiofréquences. Ainsi là encore on utilise pour former le plan de masse externe, un moyen habituellement utilisé pour d'autres fonctions. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de 15 réalisation, nullement limitatif, et des dessins annexés, sur lesquels: -les figures 1 à 3 illustrent de façon schématique un mode de réalisation d'un composant électronique selon l'invention. Sur la figure 1, la référence CI désigne un circuit intégré après sa découpe dans une plaquette semiconductrice le long de lignes de 20 découpe. Ce circuit intégré est réalisé au sein d'un substrat SB semiconducteur. A des fins de simplification, on suppose ici que le circuit intégré comporte trois blocs fonctionnels (ou coeurs) distincts CR1, 25 CR2 et CR3. Par exemple, le bloc CR1 peut réaliser une fonction d'amplification faible bruit (LNA), tandis que le bloc CR2 peut réaliser une fonction d'amplification de puissance et que le bloc CR3 peut réaliser une fonction numérique. Ce substrat SB est, dans une application radiofréquence, un 30 substrat fortement résistif, ce qui conduit à de meilleures performances de rejection de bruit haute fréquence. Par contre, un tel substrat fortement résistif s'avère difficilement compatible avec une bonne protection contre les décharges électrostatiques, telle qu'elle était réalisée dans l'art antérieur. L'invention résout ce problème en utilisant notamment des moyens de protection contre les décharges électrostatiques comportant plusieurs rails de décharges métalliques distincts disposés au-dessus du substrat SB et respectivement associés à la pluralité de blocs fonctionnels CR1- CR3. Plus précisément, dans l'exemple décrit ici, on prévoit, comme illustré sur la figure 1, mais également plus en détail sur la figure 2, pour chaque bloc fonctionnel CRi, un premier rail métallique GNDi et un deuxième rail métallique VDDEi. Chacun de ces rails GNDi et VDDEi peuvent être utilisés spécifiquement pour la protection contre les décharges électrostatiques. Ceci étant, on peut les utiliser également à la fois pour la protection contre les décharges électrostatiques, et également en tant que rail d'alimentation (rail VDDEi) et référence de masse (rail 15 GNDi) pour le bloc fonctionnel CRi. C'est la raison pour laquelle sur la figure 2, on a représenté deux connexions reliant le bloc fonctionnel CRi, respectivement aux rails GNDi et VDDEi. Par ailleurs, la référence PDSi désigne un plot de contact relié au bloc fonctionnel CRi, par exemple par l'intermédiaire de trous 20 d'interconnexion métalliques dans le substrat (vias), et par lequel transitent des signaux venant du bloc fonctionnel CR1 ou allant vers le bloc fonctionnel CR1. Le plot de signal PDSi est relié aux rails VDDEi par une diode D1 (la cathode de cette diode étant reliée aux rails VDDEi). Par ailleurs, le plot PDSi est relié aux rails GNDi par une autre diode D10, la cathode de cette diode D10 étant cette fois-ci reliée au plot PDSi. Les diodes D1 et D10 font habituellement partie de façon connue en soi des moyens de protection contre les décharges 30 électrostatiques. Les moyens de protection contre les décharges électrostatiques comportent par ailleurs pour chaque paire de rails métalliques GNDi, VDDEi, un circuit mswi, connu en soi, composé par exemple classiquement de diodes et de transistors bipolaires, et destiné à détecter des impulsions de décharges électrostatiques et à permettre leur passage d'un rail à l'autre. Ce circuit mswi est également mieux connu par l'homme du métier sous sa dénomination anglosaxonne de "Clamp ". Comme illustré sur la figure 2, chaque rail métallique GNDi est électriquement isolé des autres rails métalliques GNDj, au sein même du circuit intégré CI. Par contre, il est nécessaire d'assurer la connexion électrique en termes de courant continu entre ces différents rails métalliques 10 séparés GNDi. C'est la raison pour laquelle on relie, dans l'exemple illustré sur la figure 2, chaque rail métallique GNDi à un plan de masse situé à l'extérieur du circuit intégré et formé ici d'un dissipateur thermique SLG. Et, la connexion électrique d'un rail GNDi s'effectue dans cet 15 exemple par un fil de liaison FLi ( bonding). Ceci est également illustré sur la figure 3, sur laquelle on a représenté très schématiquement le composant CMP comportant le circuit intégré CI avec certains de ses plots de contact, encapsulé dans un boîtier BT. Le dissipateur SLG est fixé sous le circuit intégré CI, par exemple en particulier dans les applications radiofréquences, par l'intermédiaire d'une fine plaque métallique (non représentée à des fins de simplification) solidaire de la face arrière du circuit intégré, et faisant office de référence de masse pour la radiofréquence. La face inférieure du dissipateur thermique, située à l'extérieur du boîtier, est destinée à être fixé sur une carte électronique. Ce dissipateur thermique ne doit pas nécessairement être relié à une masse externe située sur la carte électronique, pour assurer la protection contre les décharges électrostatiques. Cela étant il peut être 30 relié à une masse externe située sur la carte électronique lorsque les rails de décharges GNDi sont également utilisés en tant que référence de masse électrique pour le fonctionnement des blocs fonctionnels CRi. On a représenté à des fins de simplification sur la figure 3, uniquement les plots de signaux PDS1 et PDS2 reliés aux broches BR du boîtier contenant le circuit intégré CI par des fils de liaison FL4 et FL5. Par ailleurs, des fils de liaison FL1 et FL2 assurent, respectivement, la connexion électrique externe entre le dissipateur thermique SLG et des plots de contact PDG1 et PDG2, respectivement connectés aux rails métalliques GND1 et GND2. REVENDICATIONS 1-Composant électronique, comprenant un circuit intégré incorporant plusieurs blocs fonctionnels distincts au sein d'un substrat semiconducteur, ainsi que des moyens de protection contre les décharges électrostatiques, caractérisé par le fait que les moyens de protection contre les décharges électrostatiques comporte plusieurs rails de décharge métalliques distincts (GNDi) disposés au-dessus du substrat (SB) et respectivement associés à la pluralité de blocs fonctionnels (CRi), tous ces rails de décharge métalliques étant 10 mutuellement non connectés électriquement au sein du circuit intégré (CI), mais reliés électriquement par une connexion électrique (FLi) externe au circuit intégré à un même plan de masse (SLG) formant une référence de masse pour les décharges électrostatiques, ce plan de masse (SLG) étant situé à l'extérieur du circuit intégré (CI). 2-Composant selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un boîtier (BT) contenant le circuit intégré, et par le fait que ledit plan de masse (SLG) comporte une plaque métallique (SLG) ayant une face située à l'extérieur du boîtier. 3-Composant selon la revendication 2, caractérisé par le fait 20 que ladite plaque métallique formant ledit plan de masse est un dissipateur thermique (SLG) disposé sous le circuit intégré. 4-Composant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte des fils de liaison distincts entre le circuit intégré et le plan de masse, et assurant ladite connexion 25 externe entre les rails de décharge (GNDi) et le plan de masse (SLG).