Brevet FR3038130A1 — publié le 20161230

MODULE ELECTRONIQUE 3D COMPORTANT UN EMPILEMENT DE BOITIERS A BILLES L'arrivée sur le marché de composants fonctionnant à haute fréquence (mémoires, processeurs, ...) fait que l'utilisation de puces non encapsulées (puces nues) pose de nouveaux problèmes de rendement. Le test de puces nues sous pointes devient très délicat au-delà des fréquences d'environ 1 GHz. La conséquence première est qu'en cas d'empilage de ces composants dans un module électronique 3D, certaines puces pourront fonctionner à la fréquence maximale, d'autres non ; il en résulte qu'un module comprenant une pluralité de puces ne pourra pas fonctionner à la fréquence maximale. Un moyen de contourner cette difficulté est d'utiliser des puces encapsulées c'est-à-dire placées dans un boîtier qui lui, peut être complètement testé. En effet, un boîtier comprend des sorties sous forme de billes de brasure qui sont à des pas supérieurs à celui des plots des puces par exemple : Pas des plots des puces : 50 à 100 pm, Pas des boîtiers à billes encapsulant une puce: de 400 à 800 ilm. Des sockets de test peuvent donc être utilisés et les boîtiers sont ainsi testables. En partant de ce constat, il faut alors trouver une technologie d'empilage adaptée à ces boîtiers et pouvant fonctionner à haute fréquence. Une nouvelle technique d'empilage de ces types de boîtiers est proposée. Plus précisément l'invention a pour objet un module électronique 3D qui comprend : - 2 boîtiers électroniques électriquement testés comprenant chacun au moins une puce encapsulée et des billes de sortie sur une seule face du boîtier dite face principale, - 2 circuits flexibles mécaniquement liés entre eux et respectivement associés à un boîtier, et disposés entre les 2 boîtiers, chaque circuit flexible comportant : o sur une face des premiers plots d'interconnexion électrique faisant face aux billes du boîtier associé, o à son extrémité une partie repliée sur une face latérale du boîtier associé, 3038130 2 o des seconds plots d'interconnexion électrique sur la face opposée de cette partie repliée. Selon une caractéristique de l'invention, les deux circuits flexibles 5 sont mécaniquement et électriquement liés entre eux par un circuit imprimé rigide disposé en sandwich entre les deux circuits flexibles. Ce circuit rigide peut comporter des composants passifs et/ou actifs éventuellement noyés dans ledit circuit rigide. De préférence le module 3D comporte un cordon de résine époxy 10 disposé au bord du module entre les deux circuits flexibles le long du pliage des circuits flexibles. Au moins un des deux boîtiers est aminci jusqu'à faire apparaître une face de la puce ; le boîtier comporte alors avantageusement un radiateur placé sur la face apparente de la puce. 15 Selon une autre caractéristique de l'invention, au moins un des deux circuits flexibles est replié à son autre extrémité sur une autre face latérale du boîtier opposée à la première face latérale, le circuit flexible comportant des composants passifs et/ou actifs au niveau de cette autre extrémité. On désigne par composant actif, une puce nue ou encapsulée. 20 Les composants passifs et/ou actifs fonctionnent typiquement à des fréquences supérieures à 1 GHz. L'invention concerne également un empilement électronique 3D, caractérisé en ce qu'il comporte un empilement de plusieurs modules 25 électroniques 3D tels que décrits, collés entre eux par des faces opposées aux faces principales. L'invention a aussi pour objet un dispositif électronique 3D comportant un circuit imprimé d'interconnexion et un module électronique 3D 30 ou un empilement tels que décrits, monté sur le circuit imprimé d'interconnexion et en contact électrique avec lui par des billes d'interconnexion électrique en contact avec les seconds plots d'interconnexion électrique des circuits flexibles. 3038130 3 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 représente schématiquement un premier exemple de 5 module électronique 3D selon l'invention, la figure 2 représente schématiquement en éclaté un exemple d'éléments d'un module électronique 3D selon l'invention : un boîtier et le circuit flexible (ou circuit « flex » ) qui lui est associé, la figure 3 représente schématiquement un deuxième exemple de 10 module électronique 3D selon l'invention, avec boîtiers amincis et munis de radiateurs, les figures 4 représentent schématiquement un troisième exemple de module électronique 3D avec des composants passifs et/ou actifs : - montés sur les deux circuits flex (fig 4a) ou 15 intégrés dans le circuit rigide (ou circuit « core ») (fig 4b) ou - montés en surface du circuit « core » (fig 4c), la figure 5 représente schématiquement un exemple d'empilement de modules électroniques 3D avec boîtiers amincis et munis de radiateurs dont certains sont communs à deux modules adjacents, avec composants 20 actifs et/ou passifs montés sur les circuits flex (fig 5a), ou sans (fig 5b). D'une figure à l'autre, les mêmes éléments sont repérés par les mêmes références. Dans la suite de la description, les expressions « haut », « bas », avant », « arrière », « côté », sont utilisées en référence à l'orientation des 25 figures décrites. Dans la mesure où le module, l'empilement ou le dispositif peuvent être positionnés selon d'autres orientations, la terminologie directionnelle est indiquée à titre d'illustration et n'est pas limitative. On décrit en relation avec les figures 1 et 2 un premier exemple de 30 module électronique 3D selon l'invention. Deux boîtiers à billes (BGA acronyme de l'expression anglo-saxonne Ball Grid Array) sont reportés sur les 2 faces d'un substrat comportant deux circuits flexibles ou Flex PCB (acronyme de l'expression anglo-saxonne Printed Circuit Board) accolés. Les boîtiers à billes (BGA) 10 comportent chacun au moins une puce 11 encapsulée dans une résine 12 de type époxy ; chaque puce 11 est 3038130 4 reliée à des billes de sortie 13 du boîtier disposées sur une seule face du boîtier dite face principale 15. Un boîtier 10 de longueur Lb, de largeur lb et d'épaisseur eb présente ainsi une face principale 15 et une face opposée désignée face externe 14, toutes deux de dimensions Lb x lb, et des faces 5 latérales 16 de dimensions lb x eb. On a typiquement les dimensions suivantes : - 6mm Lb 9mm, - 6mm lb 14mm, - 0,8mm eb 1,4mm. 10 Ces boîtiers 10 sont électriquement testés. Deux boîtiers testés sont reportés sur les 2 faces d'un substrat appelé PCB en étant face à face. Plus précisément, le PCB est constitué de deux circuits flexibles 20. Chaque circuit flexible 20 de longueur Lf (Lf=Lfl+Lf2), de largeur If et d'épaisseur ef, présente également une face 15 principale 21 munie de premiers plots d'interconnexion 22 répartis comme les billes 13 du boîtier, une face opposée 23 de dimensions Lf x If et des faces latérales de dimensions If x ef. On a : Lf Lb-Feb et If=lb. On a typiquement les dimensions suivantes : 20 - 7mm REVENDICATIONS1. Module électronique 3D (100) qui comprend : - 2 boîtiers électroniques électriquement testés (10) comprenant chacun au moins une puce encapsulée (11) et des billes de sortie (13) sur une seule face du boîtier dite face principale (15), - 2 circuits flexibles (20) mécaniquement liés entre eux et respectivement associés à un boîtier (10), et disposés entre les 2 boîtiers, chaque circuit flexible (20) comportant : o sur une face (21) des premiers plots d'interconnexion électrique (22) faisant face aux billes de sortie (13) du boîtier associé, o à son extrémité une partie repliée (16) sur une face latérale (16) du boîtier associé, o des seconds plots d'interconnexion électrique (24) sur la face opposée de cette partie repliée (26). 2. Module électronique 3D selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les deux circuits flexibles (20) sont mécaniquement et électriquement liés entre eux par un circuit imprimé rigide (50) disposé entre les deux circuits flexibles. 3. Module électronique 3D selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le circuit imprimé rigide (50) comporte des composants (60) passifs et/ou actifs. 4. Module électronique 3D selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un cordon (70) de résine époxy disposé au bord entre les deux circuits flexibles (20) le long du pliage des circuits flexibles. 5. Module électronique 3D selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un boîtier (10) est aminci jusqu'à faire apparaître une face de la puce (11) et comporte un radiateur (40) placé sur ladite face de la puce. 3038130 11 6. Module électronique 3D selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un circuit flexible (20) est replié à son autre extrémité sur une face latérale (16) du boîtier opposée à la 5 première face latérale, le circuit flexible comportant des composants (60) passifs et/ou actifs au niveau de cette autre extrémité. 7. Module électronique 3D selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des composants (60) passifs et/ou 10 actifs fonctionnant à des fréquences supérieures à 1 GHz. 8. Empilement électronique 3D (1000), caractérisé en ce qu'il comporte un empilement de plusieurs modules électroniques 3D (100) selon l'une des revendications précédentes, collés entre eux par des faces 15 (14) opposées aux faces principales (15). 9. Dispositif électronique 3D comportant un circuit imprimé d'interconnexion et un module électronique 3D (100) selon l'une des revendications 1 à 7 ou un empilement (1000) selon la revendication 20 8, monté sur un circuit imprimé d'interconnexion et en contact électrique avec le circuit d'interconnexion par des billes d'interconnexion (25) en contact avec les seconds plots d'interconnexion (24) des circuits flexibles.