Brevet FR2888986A1 — publié le 20070126

REALISATION DE BOSSAGE CONDUCTEUR POUR CIRCUIT INTEGRE Domaine de l'invention La présente invention concerne de façon générale la fabrication des circuits électroniques et, plus particulière-ment, la réalisation de bossages conducteurs pour reprise de contact des circuits lors de leur assemblage par montage en surface sur un autre circuit ou sur un support du type circuit imprimé. L'invention s'applique plus particulièrement à la réalisation de bossages conducteurs par plaquettes entières de circuits avant découpe pour individualisation de ces circuits. Exposé de l'art antérieur Les figures 1A et 1B illustrent, par des vues en coupe très schématiques, un exemple classique de procédé de réalisa- tion de bossages conducteurs sur une plaquette 1 dans laquelle ont été réalisés des circuits électroniques (non représentés). Il peut s'agir de composants passifs et/ou actifs, discrets ou en circuit. Une fois la fabrication des circuits terminée, la plaquette 1 est montée dans un outil 2 constitué de deux couronnes périphériques 21 et 22 serrées l'une à l'autre pour maintenir, sur la plaquette 1, une grille 3 comportant des ouvertures 31 aux endroits destinés à recevoir des bossages conducteurs. Des billes conductrices 4 (le plus souvent en un alliage à base d'étain) sont positionnées dans les trous 31 de la grille 3. L'ensemble est alors passé au four pour que la fusion des billes 4 dans les logements 31 conduise à la réalisation de bossages 45 qui sont représentés en figure 1B après enlèvement de la grille. Un inconvénient de cette technique est lié à la masse thermique des éléments mécaniques, en particulier les couronnes 21 et 22 d'assemblage de la plaquette 1 et de la grille 3, généralement en molybdène, qui rend difficile l'obtention d'une température homogène. Cela peut conduire à des défauts d'alignement des bossages par rapport aux zones de réception (non représentées) sur la plaquette 1 en raison de dilatations différentes de la plaquette 1 et de la grille 3. Un autre inconvénient est que l'usinage d'un masque 3 en molybdène entraîne des contraintes en termes de pas et de diamètre. En pratique, cette technique est limitée à la réalisation de bossages d'un diamètre de plusieurs centaines de micromètres (typiquement de 100 à 300 pm) avec un pas supérieur à 400 pm. Avec l'utilisation d'outils de positionnement, on peut mettre en oeuvre des procédés de réalisation dits avec flux, ou sans flux. Généralement, un flux est utilisé pour permettre un accrochage temporaire du matériau (alliage) constitutif des billes déposées sur les zones de réception. On connaît également d'autres techniques de réalisation de bossages conducteurs qui consistent à déposer, dans un masque, une pâte à braser soumise ensuite à une refusion pour obtenir les bossages et leurs formes définitives. Un premier exemple de procédé de ce type est décrit dans la demande de brevet européen N 0655779 et consiste à réaliser un masque en résine pour définir des zones de réception sur une couche conductrice en un alliage de titane et de cuivre, à déposer une pâte dans les orifices du masque, à éliminer le masque, à graver la couche de réception en titane et en cuivre selon le motif de zones devant subsister sous les bossages, et à provoquer une refusion pour que les bossages conducteurs prennent leurs formes définitives. Un inconvénient de ce procédé est que les alliages utilisables sont limités. Un autre inconvénient est le coût de mise en oeuvre en raison de la lenteur du procédé qui est directement liée à l'épaisseur du dépôt de la pâte à braser dans les orifices. La demande de brevet européen N 0655779 évoque égale-ment au titre d'état de la technique connue un procédé utilisant un masque et de la pâte à braser et consistant à déposer une pâte à braser dans un masque métallique ou de résine. Un inconvénient des deux techniques ci-dessus est, s'agissant de technique avec flux, d'exiger un diamètre important. En effet, on doit prévoir à peu près la moitié du volume initial, ce volume disparaissant lors de la refusion mais devant cependant être prévu pour la réalisation des orifices du masque. Un autre inconvénient, notamment dans le cas de l'utilisation d'un masque en métal est que cela limite les matériaux utilisables en raison de la température de fusion qui doit rester basse pour ne pas endommager le masque. Résumé de l'invention La présente invention vise une nouvelle technique de réalisation de bossages conducteurs sur une plaquette de circuits électroniques qui pallie tout ou partie des inconvé- nients des solutions connues. L'invention vise plus particulièrement à éviter le recours à un outillage de masse thermique importante tel que décrit en relation avec les figures 1A et 1B. L'invention vise également à proposer une technique 30 sans flux permettant notamment de réduire le pas et les diamètres des bossages réalisés. L'invention vise également à proposer une solution qui autorise divers alliages pour la réalisation des bossages. L'invention vise également un procédé relativement rapide par rapport aux techniques connues. Pour atteindre tout ou partie de ces objets ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un procédé de réalisation de bossages conducteurs sur des plots conducteurs formés sur une plaquette de circuits électroniques, comportant les étapes suivantes: formation d'un masque en une résine photosensible avec des orifices à l'aplomb des plots; dépôt de billes dans les orifices; traitement thermique de fusion des billes; et 10 élimination du masque. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les billes sont soumises à un pré-traitement par plasma pour améliorer leur mouillabilité. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 15 les zones de réception sont revêtues d'or. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les billes sont dépourvues de flux de soudure. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les billes sont constituées d'un noyau en un premier matériau enrobé d'un deuxième matériau ayant une température de fusion inférieure au premier. La présente invention vise également un circuit électronique comportant un réseau de bossages obtenus par la mise en oeuvre du procédé ci-dessus. Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: les figures 1A et 1B qui ont été décrites précédemment illustrent une technique classique de réalisation de bossages conducteurs par dépôt de billes préformées dans un masque; les figures 2A, 2B, 2C, 2D et 2E illustrent, de façon très schématique et par des vues en coupe, un mode de mise en oeuvre d'un procédé de réalisation de bossages conducteurs selon la présente invention; et les figures 3A et 3B illustrent une variante de billes utilisables dans le cadre de l'invention. De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures et, de plus, comme cela est habituel dans la représentation des circuits intégrés, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension de l'invention ont été représentés aux figures et seront décrits par la suite. En particulier, les étapes de fabrication des circuits portés par la plaquette semiconductrice sur laquelle sont réalisés les bossages conducteurs n'ont pas été détaillées, l'invention étant compatible avec toute réalisation classique de circuits électroniques. De même, les étapes de fabrication proprement dites faisant appel à des techniques habituelles dans la fabrication des circuits électroniques n'ont pas été détaillées. Description détaillée Les figures 2A à 2E illustrent par des vues en coupe très schématiques une plaquette 1 dans laquelle ont été réalisés des circuits électroniques (composants passifs, circuits discrets, circuits intégrés, etc.) à différentes étapes d'un mode de mise en oeuvre préféré de la présente invention. Une première étape (figure 2A) consiste à réaliser, sur des zones non représentées de reprise de contact, des plots conducteurs 11 de réception de bossages conducteurs. La réalisation de tels plots 11 est généralement connue sous la dénomination UBM (Under Bump Metallization ou métallisation sous bille). Le matériau utilisé est indifféremment du titane, du nickel, de l'or, des alliages de titane, de cuivre, et plus généralement tout matériau habituellement utilisé pour ce type de couche de réception. Les plots 11 sont obtenus par photogravure de façon classique. De préférence, les plots 11 sont revêtus d'or ou équivalent afin d'éviter leur oxydation. Dans une deuxième étape (figure 2B), un masque 12 de résine photosensible ou analogue est réalisé en laissant des ouvertures 13 au droit des plots 11. Différentes techniques de réalisation du masque 12 pourront être utilisées. Par exemple, on pourra utiliser un dépôt de film sec ou un dépôt (humide) de résine à la tournette. La gravure fait ensuite appel aux étapes habituelles de photogravure de résine photosensible. Dans une troisième étape (figure 2C), des billes conductrices 4 sont déposées dans les orifices 13 réalisés dans le masque 12. Ce dépôt peut utiliser une technique classique de dépôt de billes 4 dans un masque. Par exemple, des billes sont déposées en grand nombre sur la plaquette et l'ensemble est secoué jusqu'à ce qu'une bille soit présente dans chaque trou. Le surplus de billes est éliminé au moyen, par exemple, d'une raclette. Dans ce cas, l'épaisseur du masque de résine 12 est de préférence inférieure ou égale au diamètre des billes 4. On sait en effet déposer et graver des couches de résines ayant des épaisseurs allant de quelques pm à quelques centaines de}gym. Pour des billes d'un diamètre de 80 pm on pourra choisir une épaisseur du masque de résine 12 de 50}gym. Selon un mode de mise en oeuvre préféré mais optionnel de l'invention, les billes 4 sont pré-traitées par plasma (par exemple, de type 8E6) de façon à améliorer leur tenue temporaire sur les plots conducteurs 11 sans avoir recours à un flux. En particulier, un tel traitement permet de passiver des billes à base d'étain pour améliorer leur mouillabilité lorsqu'elles sont disposées dans le masque 12. Dans une quatrième étape (figure 2D), l'ensemble est soumis à un traitement thermique de refusion des billes 4 qui prennent alors leurs formes définitives sur les plots 11. Une telle étape de refusion n'engendre pas de dégazage dans le mode de mise en oeuvre préféré sans flux de l'invention. De plus, ce traitement n'engendre pas de contrainte thermique particulière dans la mesure où il ne requiert pas de manipulation spécifique, ni d'élément mécanique ajouté à la plaquette 1. Enfin, dans une cinquième et dernière étape (figure 2E), le masque 12 de résine est éliminé, par exemple par tout procédé habituel d'élimination d'un masque de résine d'une plaquette. Un avantage de la présente invention est qu'elle permet l'utilisation de billes conductrices préformées sans pour autant nécessiter le recours à des outils complexes pour positionner ces billes. Un autre avantage de la présente invention, lié à l'absence de dégazage, est que l'invention s'applique bien à des structures de type MEMS (à éléments micro-électro-mécaniques) et/ou à des structures comprenant des membranes. Un autre avantage de la présente invention est qu'aucune étape de nettoyage en fin de fabrication n'est requise dans la mesure où l'on évite le recours à un flux pour déposer la pâte à braser dans les trous. Un autre avantage de l'invention est qu'elle permet d'obtenir des bossages de dimension réduite (inférieurs à 100 pm) avec un pas de moins de 200 pm, sans pour autant interdire des pas et diamètres supérieurs. Les figures 3A et 3B illustrent, par des vues en coupe très schématiques, une variante de réalisation de l'invention dans laquelle les billes 4' sont des billes bi-composants. Plus précisément, on utilise une bille ayant un noyau 41 en un maté- riau dur dont la température de fusion est supérieure à celle utilisée pour le procédé de formation des bossages. Le noyau 41 est revêtu d'un enrobage 42 en un matériau fusible dans la quatrième étape du procédé décrit ci-dessus. Par exemple, le noyau des billes conductrices pourra être un métal tel que du nickel, du cuivre, etc. et l'enrobage pourra être de l'étain ou un alliage à base d'étain (par exemple, un alliage d'étain et d'argent). On pourra même envisager l'utilisation de billes en polymère enrobées d'étain ou d'un alliage à base d'étain. Un avantage de ce mode de réalisation est d'obtenir des caractéristiques thermiques et conductrices des billes améliorées par rapport à celles du matériau constitutif de l'enrobage qui lui doit être fusible pour permettre son montage sur les zones de réception 11. La figure 3A représente les billes 4' sur les zones 11 de réception (pour simplifier en figure 3A le masque 12 n'a pas été représenté mais il est toutefois présent) avant fusion de l'enrobage. La figure 3B illustre les bossages terminés, la fusion de l'enrobage 42 ayant amené les noyaux 41 en contact avec les plots 11. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, le choix des dimensions et du pas des billes conductrices est à la portée de l'homme du métier à partir des indications fonctionnelles données cidessus et de l'application visée. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation de bossages conducteurs sur des plots (11) conducteurs formés sur une plaquette de circuits électroniques, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: formation d'un masque en une résine photosensible avec des orifices (13) à l'aplomb des plots; dépôt de billes (4) dans les orifices; traitement thermique de fusion des billes; et élimination du masque (12). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les billes (4) sont soumises à un pré-traitement par plasma pour améliorer leur mouillabilité. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les zones de réception sont revêtues d'or. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les billes (4') sont dépourvues de flux de soudure. 5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les billes (4') sont constituées d'un noyau (41) en un premier matériau enrobé d'un deuxième matériau (42) ayant une température de 20 fusion inférieure au premier. 6. Circuit électronique comportant un réseau de bossages conducteurs de report de contacts vers une surface de réception, caractérisé en ce que les bossages sont obtenus par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5. 10 15