Brevet FR2893448A1 — publié le 20070518

Dispositif semi-conducteur à plusieurs puces de circuits intégrés assemblées et procédé d'assemblage et de connexion électrique de puces de circuits intégrés. La présente invention concerne le domaine des dispositifs semi-conducteurs à plusieurs puces de circuits intégrés assemblées. Il est connu de monter une première puce de circuits intégrés sur une plaque support de connexion électrique, soit par l'intermédiaire de billes de connexion électrique, soit par l'intermédiaire d'une colle et en effectuant les connexions électriques entre la première puce et la plaque support par des fils métalliques. Il est également connu de fixer à plat une seconde puce de circuits intégrés sur ladite première puce et d'effectuer les connexions électriques de cette seconde puce à la plaque support par des fils métalliques et/ou à la première puce dans le cas où cette dernière présente des plots avant métalliques. Il est également connu d'empiler à plat plusieurs puces les unes sur les autres. Les assemblages ci-dessus nécessitent une opération d'assemblage mécanique des puces puis une opération de mise en place des fils de connexion électrique, en général suivie d'une opération d'encapsulation. Le but de la présente invention est de simplifier l'assemblage de puces de circuits intégrés. La présente invention a tout d'abord pour objet un dispositif semi-conducteur à plusieurs puces de circuits intégrés assemblées. Selon l'invention, ce dispositif comprend au moins une puce principale de circuits intégrés présentant au moins une cavité dans laquelle sont ménagés des moyens de contacts électriques, et au moins une puce secondaire de circuits intégrés dont un bord est engagé dans ladite cavité de ladite puce principale et présente des moyens de contacts électriques, les moyens de contacts électriques de ladite puce principale et les moyens de contacts électriques de ladite puce secondaire étant disposés de façon à être en contact les uns sur les autres. Selon l'invention, les moyens de contacts électriques de ladite puce principale et les moyens de contacts électriques de ladite puce secondaire sont, de préférence, respectivement constitués de zones de contacts et de pattes de connexion en saillie. Selon une exécution préférée de l'invention, ladite puce secondaire présente une face arrière en appui contre une paroi arrière d'appui de ladite cavité et une face frontale présentant des zones découvertes de contact électrique et ladite puce principale comprend des pattes de connexion électrique s'étendant dans ladite cavité et en contact sur lesdites zones de contact. Selon l'invention, lesdites pattes de connexion sont de préférence constituées par des prolongements de pistes de connexion électrique intégrées dans ladite puce principale et s'étendent à partir d'une paroi avant de ladite cavité opposée à sa paroi arrière d'appui précitée et à distance du fond de ladite cavité. Selon l'invention, lesdites pattes de connexion sont de préférence pliées dans le sens de l'engagement de la puce secondaire dans la cavité et maintenues en contact sur lesdites zones de contact sous l'effet de leur élasticité. Selon l'invention, lesdites pattes de connexion présentent de préférence des parties d'extrémité déterminant des surfaces en contact sur lesdites zones de contact Selon l'invention, lesdites zones de contact électrique de ladite puce secondaire s'étendent parallèlement et dans le sens de l'engagement de la puce secondaire dans la cavité. Selon l'invention, lesdites zones de contact électrique de ladite puce secondaire s'étendent de préférence à partir du champ de cette dernière. Selon l'invention, la longueur desdites pattes de connexion est de préférence au moins égale à 1,2 fois l'écart entre lesdites zones de contact de ladite puce secondaire et ladite paroi avant de ladite cavité. Selon l'invention, ladite cavité présente de préférence des parois d'extrémité assurant le positionnement de ladite puce secondaire dans la direction du bord précité de cette dernière. Selon l'invention, le dispositif peut avantageusement comprendre des moyens de collage du bord de la puce secondaire dans la cavité de la puce principale. Selon l'invention, le dispositif peut avantageusement comprendre des moyens d'encapsulation dudit bord de ladite puce secondaire dans la cavité de ladite puce principale. Selon une variante de l'invention, ladite puce principale présente plusieurs cavités parallèles dans laquelle sont ménagés des moyens de contacts électriques. Le dispositif peut alors comprendre plusieurs puces secondaires de circuits intégrés dont, respectivement, un bord est engagé dans une cavité de ladite puce principale et présente des moyens de contacts électriques en contact avec les moyens de contacts électriques de cette cavité. Selon une autre variante de l'invention, le dispositif comprend au moins une seconde puce principale présentant au moins une cavité dans laquelle sont ménagés des moyens de contacts électriques, un autre bord de ladite puce secondaire étant engagée dans cette cavité de ladite seconde puce principale et muni de moyens de contacts électriques en contact avec lesdits moyens de contacts électriques de ladite seconde puce principale. La présente invention a également pour objet un procédé d'assemblage et de connexion électrique de puces de circuits intégrés. Selon l'invention, ce procédé consiste : à réaliser une puce principale de circuits intégrés et à ménager dans cette puce au moins une cavité de telle sorte qu'elle présente, dans cette cavité, des moyens de contact électrique, à réaliser une puce secondaire de circuits intégrés de telle sorte qu'elle présente des moyens de contacts électriques le long d'un bord, et à engager ledit bord de ladite puce secondaire dans la cavité de ladite puce principale de telle sorte que leurs moyens de contacts entrent respectivement en contact. Selon l'invention, ce procédé peut consister à réaliser une puce principale de circuits intégrés comprenant des portions de pistes parallèles intégrées présentant des extrémités alignées et à ménager ladite cavité de telle sorte que les parties d'extrémité desdites portions de pistes constituent des pattes en porte-à-faux dans ladite cavité, à distance du fond de cette dernière, constituant ses moyens de contacts électriques. Selon une variante préférée de l'invention, lors de l'engagement de ladite puce secondaire, le procédé consiste à faire plier, lors de l'engagement de ladite puce secondaire dans ladite cavité de ladite puce principale, lesdites pattes de contacts électriques en deçà de leur limite élastique. Selon l'invention, ce procédé peut consister à réaliser une puce secondaire de circuits intégrés telle que ses moyens de contacts électriques sont constitués par des zones de contacts sur une face frontale, Selon une variante préférée de l'invention, lors de l'engagement de ladite puce secondaire, le procédé consiste à placer une face arrière de cette dernière, opposée à sa face frontale précitée, en appui sur une face arrière d'appui de ladite cavité de ladite puce principale et à amener les moyens de contacts de ladite puce principale en contact sur lesdites zones de contacts de ladite puce secondaire. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de dispositifs semi-conducteurs à plusieurs puces de circuits intégrés assemblées, décrits à titre d'exemples non limitatifs et illustrés sur le dessin dans lequel : La figure 1 représente une coupe transversale partielle d'un dispositif semi-conducteur selon l'invention, comprenant une puce principale et une puce secondaire de circuits intégrés assemblées ; - La figure 2 représente une coupe partielle, selon II-II du dispositif de la figure 1 ; - La figure 3 représente une coupe transversale d'une puce principale en cours de fabrication , - La figure 4 représente une coupe transversale de la puce principale en fin de fabrication ; - La figure 5 représente une coupe transversale d'une puce secondaire en cours de fabrication ; - La figure 6 représente une coupe transversale de la puce secondaire en fin de fabrication ; - La figure 7 représente une vue de dessus de la puce secondaire en fin de fabrication ; - Et la figure 8 représente une vue latérale d'un autre dispositif semi-conducteur selon l'invention, comprenant plusieurs puces principales et secondaires de circuits intégrés assemblées. En se reportant aux figures 1 et 2, on peut voir qu'on a représenté un dispositif semi-conducteur 1 qui comprend une puce principale 2, par exemple carrée, et une puce secondaire 3, par exemple carrée, qui sont assemblées et connectées électriquement. En référence en particulier aux figures 3 et 4, on va tout d'abord décrire comment on peut obtenir la puce principale 2 dans son état avant assemblage. Comme le montre la figure 3, la puce principale 2 comprend, en profondeur par rapport à sa face frontale 4, des circuits électroniques intégrés 5. Elle comprend en outre, à faible distance de cette face frontale 4, des portions de pistes métalliques de connexion électrique intégrées 6 qui s'étendent parallèlement et qui présentent des extrémités correspondantes 7 alignées, ces portions de pistes de connexion électrique étant sélectivement reliées électriquement aux circuits électroniques intégrés 5. Les portions de pistes 6 sont par exemple réalisées en dessous d'une couche superficielle de passivation. Comme le montre la figure 4, disposant d'une telle puce principale, on réalise, par les procédés habituels en microélectronique, une cavité rectangulaire 8 dans la zone des extrémités 7, à partir de la face frontale 4, des portions de pistes 6, de telle sorte que les parties d'extrémité des portions de pistes constituent des pattes 9 en porte-à-faux dans la cavité 8, à distance du fond 10 de cette dernière et distantes les unes de autres, ces pattes constituant ses moyens de contacts électriques. Naturellement, la cavité 8 est réalisée dans un volume de la puce principale 2 exempt de tout circuit et de tous autres moyens de connexion intégrés. La cavité 8 présente ainsi une paroi avant 11 à partir de laquelle partent en porte-à-faux les pattes 9 de connexion électrique, une paroi arrière d'appui 12 opposée à la paroi avant 11 et des parois transversales opposées 13, ces parois étant perpendiculaires à la face frontale 4 et le fond 10 étant parallèle à cette face frontale 4. En référence en particulier aux figures 5 à 7, on va tout d'abord décrire comment on peut obtenir la puce secondaire 3 dans son état avant assemblage. La puce secondaire 3 comprend, en profondeur par rapport à sa face frontale 14 opposée à sa face arrière 15, des circuits électroniques intégrés 16. Elle comprend en outre, à faible distance de cette face frontale 14, par exemple juste au-dessous d'une couche superficielle de passivation, des portions de pistes de connexion électrique intégrées 17 qui sont réalisées le long d'un bord latéral 18 de la puce secondaire 3 et s'étendent jusqu'au champ 19 de ce bord 18, ces portions de pistes de connexion électrique intégrées 17 étant sélectivement reliées électriquement aux circuits électroniques intégrés 16. Comme le montrent les figures 6 et 7, disposant d'une telle puce secondaire, on réalise, par les procédés habituels en microélectronique, à partir de la face frontale 14, des évidements rectangulaires 20 qui s'étendent à partir du champ 19 et qui permettent de découvrir de zones de contacts électriques 21 sur les portions de pistes 17, distantes les unes des autres, ces zones de connexion 21 étant allongées et s'étendant perpendiculairement au champ 19. Relativement l'une à l'autre, la puce principale 2 et la puce secondaire 3 sont dimensionnées de la manière suivante. La longueur de la cavité 8 de la puce principale 2, entre ses parois transversales opposées 13, est légèrement supérieure à la longueur du bord latéral 18 de la puce secondaire 3. L'épaisseur de la puce secondaire 3, entre ses faces frontale et arrière 14 et 15, est inférieure à la largeur de la cavité 8, entre ses parois avant et arrière 1l et 12. Les pattes de connexion 9 de la puce principale 2 sont placées, le long de la paroi avant 11 de sa cavité 8, en correspondance avec les zones de contacts électriques 21 de la puce secondaire 3, le long de son bord latéral 18, par exemple selon un pas régulier. Pour assembler la puce principale 2 et la puce secondaire 3, en vue d'obtenir le dispositif 1 tel que représenté sur les figures 1 et 2 on 10 procède de la manière suivante. On place la puce secondaire 3 audessus et perpendiculairement à la puce principale 2, dans une position telle que le champ 19 ou son bord latéral 18 se projettent dans la cavité 8. Ainsi, sa face frontale 14 de la puce secondaire 3 est du côté de la paroi avant 1 1 de cette cavité. 15 La face arrière 15 de la puce secondaire 3 est du côté de la paroi arrière d'appui 12 de cette cavité. La face arrière de la puce secondaire 3 est alignée avec la paroi arrière 12 de la cavité 8 ou légèrement décalée du côté de cette dernière. Les extrémités du champ 19, constituées par les côtés opposés 19a de la puce secondaire 3, sont 20 entre et à proximité des parois transversales opposées 13 de la cavité 8. Puis, on engage le bord latéral 18 de la puce secondaire 3 dans la cavité 8 de la puce principale 2, jusqu'à ce qu'il vienne en contact, par son champ 19, sur le fond de la cavité 8 de la puce principale 2. 25 Ce faisant, les pattes de connexion 9 de la puce principale 2 entrent en contact avec les coins d'extrémité des zones de contacts 21 de la puce secondaire 3, puis se plient dans le sens de l'engagement, vers le fond de la cavité 8, et glissent sur ces zones de contacts 21. Ayant relâché la puce secondaire 3, la face arrière de cette 30 dernière est en appui contre la paroi arrière d'appui 12 de la cavité 8 de la puce principale 2 et les pattes de connexion 9 sont en contact avec les zones de contacts 21 sous l'effet de leur élasticité. Le bord latéral 18 de la puce secondaire 3 est en fin de compte encastré dans la cavité 8 de la puce principale 2. La longueur des pattes de connexion 9 est de préférence telle que ces pattes présentent des parties d'extrémité 9a déterminant des surfaces en contact sur les zones de contacts 21. La longueur de la cavité 8 de la puce principale 2, la longueur du bord 18 de la puce secondaire 3 et les dispositions relatives des pattes de connexion 9 et des zones de contacts 21 sont, les unes par rapport aux autres, telles que, lors de l'assemblage, les pattes de connexion 9 viennent sur les zones de contacts 21 et non sur la face frontale 14 de la puce secondaire 3. Selon une variante, on pourrait déposer avant assemblage, soit dans la cavité 8 de la puce principale 2 sans atteindre les pattes de connexion 9, soit sur le bord 18 de la puce secondaire 3 sans atteindre les zones de contacts 21, de la colle afin de fixer solidement entre elles ces puces. Selon une autre variante, on pourrait aussi déposer, après assemblage, un boudin 22 d'une matière d'encapsulation entre le pourtour de la puce secondaire 3 et le bord périphérique de la cavité 8 de la puce principale 2 de façon à constituer une liaison mécanique et une étanchéité de protection des pattes de connexion 9 et des zones de contacts 21. En se reportant à la figure 8, on peut voir qu'on a représenté un dispositif semi-conducteur 23 qui comprend une puce principale 2a et plusieurs puces secondaires 3i parallèles, assemblées et connectées électriquement à la puce principale 2a, comme décrit précédemment. Pour cela, la puce principale 2a présente plusieurs cavités 8i parallèles dans lesquelles sont prévues des pattes de connexion électriques et les bords latéraux des puces secondaires 3i présentent des zones de contacts correspondantes, comme décrit précédemment. Les puces secondaires 3i peuvent avantageusement être disposées selon un pas régulier. Disposées ainsi, les puces secondaires 3i sont aisément ventilées et donc refroidies. De surcroît, le dispositif semi-conducteur 23 peut avantageusement comprendre une seconde puce principale 2b, opposée à la puce principale 2a et présentant des cavités 8j, à laquelle sont assemblés et connectés électriquement, comme décrit précédemment, les bords latéraux des puces secondaires 3i, opposés à leurs bords latéraux accouplés à la puce principale 2a. Par extension, des autres puces principales pourraient être assemblées et connectées électriquement, comme décrit précédemment, aux autres bords latéraux des puces secondaires 3i. La présente invention ne se limite pas aux exemples ci-dessus décrits. Bien des variantes sont possibles sans sortir du cadre défini par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Dispositif semi-conducteur à plusieurs puces de circuits intégrés assemblées, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins une puce principale (2) de circuits intégrés présentant au moins une cavité (8) dans laquelle sont ménagés des moyens de contacts électriques (9), au moins une puce secondaire (3) de circuits intégrés dont un bord est engagé dans ladite cavité de ladite puce principale et présente des moyens de contacts électriques (21), les moyens de contacts électriques (9) de ladite puce principale (2) et les moyens de contacts électriques (21) de ladite puce secondaire (3) étant disposés de façon à être en contact les uns sur les autres. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens de contacts électriques de ladite puce principale et les moyens de contacts électriques de ladite puce secondaire sont respectivement constitués de zones de contacts (21) et de pattes de connexion en saillie (9). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que ladite puce secondaire (2) présente une face arrière (15) en appui contre une paroi arrière d'appui (12) de ladite cavité et une face frontale (14) présentant des zones découvertes de contact électrique et que ladite puce principale (2) comprend des pattes de connexion électrique (9) s'étendant dans ladite cavité (8) et en contact sur lesdites zones de contact (21). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisé par le fait que lesdites pattes de connexion (9) sont constituées par des prolongements de pistes de connexion électrique (6) intégrées dans ladite puce principale et s'étendent à partir d'une paroi avant (11) de ladite cavité opposée à sa paroi arrière d'appui précitée et à distance du fond de ladite cavité. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que lesdites pattes de connexion (9)sont pliées dans le sens de l'engagement de la puce secondaire dans la cavité etmaintenues en contact sur lesdites zones de contact sous l'effet de leur élasticité. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que lesdites pattes de connexion (9) présentent des parties d'extrémité (9a) déterminant des surfaces en contact sur lesdites zones de contact 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que lesdites zones de contact électrique (21) de ladite puce secondaire s'étendent parallèlement et dans le sens de l'engagement de la puce secondaire dans ladite cavité (8). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé par le fait que lesdites zones de contact électrique (21) de ladite puce secondaire s'étendent à partir du champ (19) de cette dernière. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé par le fait que la longueur desdites pattes de connexion (9) est au moins égale à 1,2 fois l'écart entre lesdites zones de contact (21) de ladite puce secondaire et ladite paroi avant (11) de ladite cavité. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite cavité présente des parois d'extrémité assurant le positionnement de ladite puce secondaire dans la direction du bord précité de cette dernière. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens de collage du bord de la puce secondaire dans la cavité de la puce principale. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'encapsulation (22) dudit bord de ladite puce secondaire dans la cavité de ladite puce principale. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite puce principale présente plusieurs cavités parallèles (8i) dans laquelle sont ménagés desmoyens de contacts électriques, et qu'il comprend plusieurs puces secondaires de circuits intégrés dont, respectivement, un bord est engagé dans une cavité de ladite puce principale et présente des moyens de contacts électriques en contact avec les moyens de contacts électriques de cette cavité. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins une seconde puce principale (2b) présentant au moins une cavité dans laquelle sont ménagés des moyens de contacts électriques, un autre bord de ladite puce secondaire étant engagée dans cette cavité de ladite seconde puce principale et muni de moyens de contacts électriques en contact avec lesdits moyens de contacts électriques de ladite seconde puce principale. 15. Procédé d'assemblage et de connexion électrique de puces de circuits intégrés, caractérisé par le fait qu'il consiste : A réaliser une puce principale (2) de circuits intégrés et à ménager dans cette puce au moins une cavité (8à de telle sorte qu'elle présente, dans cette cavité, des moyens de contact électrique (9), A réaliser une puce secondaire (3) de circuits intégrés de telle sorte qu'elle présente des moyens de contacts électriques (21) le long d'un bord, A engager ledit bord de ladite puce secondaire dans la cavité de ladite puce principale de telle sorte que leurs moyens de contacts entrent respectivement en contact. 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé par le fait qu'il consiste à réaliser une puce principale de circuits intégrés comprenant des portions de pistes parallèles intégrées (6) présentant des extrémités (7) alignées et à ménager ladite cavité de telle sorte que les parties d'extrémité desdites portions de pistes constituent des pattes (9) en porte-à-faux dans ladite cavité, à distance du fond (10) de cette dernière, constituant ses moyens de contacts électriques. 17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé par le fait que, lors de l'engagement de ladite puce secondaire, à faire plier, dans de l'engagement de ladite puce secondaire dans ladite cavité de laditepuce principale, lesdites pattes de contacts électriques en deçà de leur limite élastique. 18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 à 17, caractérisé par le fait qu'il consiste à réaliser une puce secondaire de circuits intégrés (3) telle que ses moyens de contacts électriques sont constitués par des zones de contacts (21) sur une face frontale (14), 19. Procédé selon la revendication 16, caractérisé par le fait que, lors de l'engagement de ladite puce secondaire, à placer une face arrière (15) de cette dernière, opposée à sa face frontale précitée, en appui sur une face arrière d'appui (12) de ladite cavité (8) de ladite puce principale et à amener les moyens de contacts (9) de ladite puce principale en contact sur lesdites zones de contacts (21) de ladite puce secondaire.