FR2495377A1 - Encapsulation pour un circuit integre - Google Patents

Abstract

L'invention concerne la technologie des circuits intégrés. Un boîtier de circuit intégré comprend notamment un cadre de montage qui comporte l'intégralité des moyens 12 assurant la connexion entre des électrodes 15 de la surface avant de la puce de semiconducteur 11, et des contacts externes 13. Le cadre de montage comporte également des languettes de contact 16 qui assurent un contact électrique et thermique avec la face arrière de la puce. Le corps 10 de l'encapsulation est réalisé en matière plastique moulée. Application à la fabrication des circuits intégrés en boîtier en matière plastique. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

La présente invention concerne l'encapsulation des

puces de circuits intégrés à semiconducteurs.

On encapsule les puces de semiconducteurs à la

fois pour la protection et pour la commodité de l'intercon-

nexion des circuits des puces avec des bornes situées sur des supports de montage tels que des cartes de circuit imprimé. L'encapsulation facilite également le test et le montage automatique de puces dans un dispositif. Il existe une très grande variété de bottiers de puces de circuits intégrés, mais les types en matière plastique post-moulée,

non hermétiques,tels que le bottier à double rangée de con-

nexions et le bottier du type porte-puce, présentent un

intérêt majeur. Des normes existent ou sont en cours d'éla-

boration pour les bottiers de ces types, et ces normes prescrivent les dimensions générales, les types de contacts

externes et l'écartement entre contacts.

L'encapsulation de dispositifs à semiconducteurs constitue cependant une proportion considérable du coût total d'un dispositif terminé. Des efforts permanents sont

donc consacrés au développement de bottiers et de techni-

ques d'encapsulation qui réduisent le coût, assurent une fiabilité élevée et conduisent à une taille réduite. Les

techniques automatisées de fabrication, de test et de monta-

ge contribuent à diminuer le coût et à augmenter la fiabi-

lité. Il est également souhaitable qu'une structure de bot-

tier particulière puisse recevoir, avec peu ou pas de chan-

gement, diverses puces de semiconducteurs différentes. Ceci a pour conséquence de réduire au minimum le nombre total de tailles de bottier nécessaires pour toutes les tailles de

puces.

Le brevet U.S. 4 132 856 décrit une encapsulation d'une puce de circuit intégré à semiconducteurs dans

laquelle des conducteurs formés d'une seule pièce sont con-

nectés à des électrodes du coté avant de la puce et se ter-

minent par des contacts extérieu=au corps d'encapsulation en matière plastique moulée. Un élément métallique séparé est nécessaire pour établir un contact thermique avec le côté arrière de la puce et pour établir un support mécanique avant la formation du corps en matière plastique moulée. Les éléments conducteurs peuvent être formés à partir d'un seul morceau de feuille métallique, comme une bande à éléments poutres, mais la nécessité d'employer l'élément métallique séparé complique l'opération d'encapsulation. Conformément à l'invention, le contact thermique et, si on le désire, électrique avec la face arrière de la

puce et le support mécanique pendant la fabrication sont éta-

blis par des éléments conducteurs en une seule pièce réali-

sés d'un seul tenant avec des languettes d'aire élevée qui

sont en contact avec la face arrière de la puce.

Cette forme d'encapsulation se prête particulière-

ment bien à l'utilisation d'une bande à éléments poutres

passant d'une bobine à une autre, du fait que tous les élé-

ments conducteurs et toutes les languettes peuvent être for-

més à partir d'une seule feuille de métal.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la

description qui va suivre de modes de réalisation et en se

référant aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 est une représentation en perspective,

partiellement arrachée et en coupe, d'une encapsulation con-

forme à l'invention;

La figure 2 est une vue en plan d'un cadre de mon-

tage unique formé dans une partie d'une bande à éléments poutres au cours de la fabrication de l'encapsulation de la figure 1; La figure 3 est une vue de détail en perspective de l'extrémité intérieure de l'un des éléments poutres du côté avant de l'encapsulation de la figure 1; La figure 4 montre une variante du détail de la figure 3; et

La figure 5 est une vue en perspective, partielle-

ment arrachée et en coupe, montrant plusieurs encapsulations conformes à l'invention à l'intérieur d'un magasin du type

réglette.

La figure 1 montre, en perspective, un porte-puce qui consiste en un corps en matière plastique post-moulée 10

qui maintient en association les divers éléments de l'encap-

sulation et qui définit un profil de bottier convenant pour

un équipement de manipulation du type à réglette. Le porte-

puce est représenté sous une forme partiellement arrachée et en coupe pour montrer la configuration des divers éléments à l'intérieur du corps en matière plastique moulée 10.

La puce de semiconducteur 11 est placée à l'inté-

rieur du corps 10. Sur le dessin, la face avant ou active de la puce se trouve du c8té supérieur et elle porte un ensemble d'électrodes 15 consistant en zones de métal destinées à

l'établissement de connexions avec le circuit intégré à semi-

conducteur. L'interconnexion entre les électrodes 15 qui se trouvent sur la puce de semiconducteur 11 et les contacts

externes 13 s'effectue au moyen d'éléments conducteurs 12.

Sur la face avant de la puce, à l'intérieur du bottier, les éléments conducteurs 12 se terminent par des doigts 14 dont les bouts comprennent une zone destinée à la fixation sur une électrode de puce 15, le terme "fixation" étant pris

dans un sens qui englobe tous les moyens connus pour réali-

ser une liaison conductrice, ces moyens comprenant, de façon

non limitative, la fixation par thermocompression, la fixa-

tion thermosonore et ultrasonore, la fixation par un adhésif

conducteur et eutectique, le soudage avec une matière fusi-

ble, le brasage, et diverses formes de soudage par fusion.

A l'extérieur du coips 10, les éléments conducteurs 12 se terminent par des contacts externes 13, conçus de façon à venir en contact avec des zones de bornes sur un circuit d'interconnexion, qui peut comprendre des éléments céramiques

à couches épaisses et à couches minces et des cartes de cir-

cuit imprimé rigides et flexibles. De tels contacts peuvent utiliser la pression d'un ressort ou un certain mode de fixation, de soudage par fusion ou de soudage par une matière fusible. Bien qu'ils soient représentés dans ce mode de

réalisation sous la forme de pieds en L destinés à être mon-

tés sur une surface, les conducteurs 12 et les contacts 13 pourraient tout aussi bien être adaptés à un autre type de connexion, comme par exemple par insertion dans des trous

dans une pièce de montage. Selon une variante, les conduc-

teurs 12 et les contacts externes 13 peuvent être courbés dans la direction opposée par rapport à l'orientation de la puce de semiconducteur. Ceci conduit à une connexion des électrodes 15 de la puce de semiconducteur 11 aux zones de bornes du circuit d'interconnexion qui est l'image dans un miroir de la connexion précédente, sans changements pour la

puce de semiconducteur. Il est important de noter que cha-

que élément conducteur 12 est un élément continu unique

s'étendant depuis le doigt 14 de la face avant jusqu'au con-

tact externe 13. Il n'y a pas de connexions intermédiaires

qui tendraient à augmenter le coût et à réduire la fiabilité.

Quatre languettes 16, relativement grandes et en forme de palettesviennent en contact avec la face inférieure ou arrière de la puce de semiconducteur 11, et ces languettes sont formées de façon similaire dans la bande à éléments poutres. A son tour, chaque languette 16 est connectée à une paire d'éléments conducteurs 17 se terminant par des contacts externes 18, et elle est réalisée d'un seul tenant avec ces

éléments. Les éléments conducteurs 17 sont placés aux extré-

mités des rangées d'éléments conducteurs 12. Les languettes 16 procurent un support mécanique d'aire élevée pour la puce de semiconducteur 11, ainsi qu'un contact thermique et un contact électrique avec celle-ci, si on le désire. De façon caractéristique, les languettes 16 sont fixées de manière conductrice à la face arrière de la puce 11 et assurent la dissipation thermique à la fois par convection et conduction, et par l'étalement de la chaleur à l'intérieur de la puce de

semiconducteur en silicium.

On peut également concevoir d'autres configurations de contacts de face arrière formées d'un seul tenant à partir du cadre de montage. Le nombre, la forme et la disposition des languettes 16 peuvent différer de ceux représentés. A titre d'exemple, une autre configuration peut comporter deux languettes disposées de façon centrale sur des c8tés opposés de la puce, au lieu de se trouver dans les coins. On peut employer de façon similaire des configurations très diverses

d'éléments conducteurs pour les languettes.

Des caractéristiques supplémentaires de la structure porte-puce de la figure 1 ressortiront de la manière selon laquelle l'encapsulation est réalisée. En particulier, la structure unitaire de chaque conducteur de contact 12 pour les contacts de la face avant et de chaque conducteur de contact 17 pour les contacts de la face arrière découle de la manière selon laquelle le cadre de montage est fabriqué et assemblé. La figure 2 montre une partie 20 d'une bande à éléments poutres, d'un type conçu de façon à être déplacé

entre deux bobines, avec un positionnement précis à des pos-

tes de travail. Dans ce but, la bande est munie de trous d'entraînement 22. Le trou triangulaire 31 est une marque d'identification et d'orientation. La bande 21 consiste de façon caractéristique en une feuille de cuivre dorée ayant

une épaisseur caractéristique d'environ 0,1 mm.

Selon une variante, la feuille de cuivre peut avoir une autre épaisseur et elle peut être revêtue avec d'autres métaux, comme l'étain, ou elle peut ne pas être revêtue. De façon similaire, on peut utiliser d'autres

métaux conducteurs, comme l'aluminium et des alliages fer-

reux appropriés, à la place de la feuille de cuivre.

La figure 2 montre la partie 20 de la bande à

laquelle on a donné une forme définissant le cadre de monta-

ge, et qui a été assemblée, par fixation, à une puce de semiconducteur 23. Plusieurs étapes de fabrication sont intercalées entre la réalisation de la bande à éléments poutres et l'obtention de la structure représentée sur la figure 2. On forme tout d'abord sur la bande un masque

résistant à l'attaque pour définir une configuration parti-

culière du cadre de montage. Le masque définit les divers éléments conducteurs de contact 24 de la face avant et les

éléments conducteurs de contact 26 qui sont reliés aux lan-

guettes de contact 27 de la face arrière. Les languettes de contact 27 de la face arrière sont également définies dans la bande, dans les vides 30 qui se trouvent dans les coins de la configuration du cadre de montage. Ainsi, le cadre de montage est défini dans la bande dans un seul plan et il

comprend le réseau d'éléments conducteurs 24 qui se termi-

nent par les contacts de la face avant, les éléments conduc-

teurs 25 qui sont inutilisés et les éléments conducteurs 26

qui se terminent par les languettes 27 de la face arrière.

Comme le montre la figure 2, l'aire de contact entre chacune des languettes de la face arrière, 27, et la face arrière de la puce 23 représente environ 20% de l'aire de la face arrière, soit 80% pour l'ensemble des quatre

languettes 27.

On va maintenant passer à la figure 3 sur laquelle la partie d'extrémité 41 d'un conducteur de contact de face avant, 24, de la figure 2 est représentée retournée pour montrer le plot de fixation 43 au bout du conducteur, et la partie adjacente 42 de section transversale réduite. Cette configuration de la zone de fixation et de la partie de section transversale réduite est également formée au moyen d'une opération spécialisée de masquage et d'attaque. La partie adjacente 42 de section transversale réduite assure la libération des contraintes induites par voie thermique afin d'éviter des ruptures de fixation au niveau du contact

sur la puce de semiconducteur.

La figure 4 représente une autre configuration pour la partie d'extrémité 51 du conducteur de contact de face avant. Dans cette configuration, il est avantageux de former sur la puce de semiconducteur une électrode surélevée

sur laquelle la zone 53 du conducteur est fixée. La libéra-

tion des contraintes est assurée par une partie 52 adjacente à la zone de fixation 53, avec une section transversale

réduite pour la partie 52 comme pour la zone de fixation 53.

Une fois que le cadre de montage est formé dans la bande à éléments poutres, il peut être revêtu en totalité ou en partie avec une ou plusieurs couches minces de métal. On positionne ensuite le cadre de montage en contact avec une

puce de semiconducteur 23, avec les bouts des éléments con-

ducteurs de contact de la face avant, 24, sur les électrodes 28 de la puce de semiconducteur. On applique ensuite un outil pour fixer les plots de fixation 43 aux électrodes 28 de la puce. Le cadre de montage représenté sur la figure 2 comprend un réseau standard de quatorze éléments conducteurs

sur chacun des quatre côtés, ce qui fait un total de 56.

Ceci correspond à une configuration particulière dans une

famille de cadres de montage de taille et de forme similai-

res. Comme il est représenté, les éléments conducteurs d'extrémité 26, au nombre de huit au total, sont utilisés pour réaliser des contacts externes pour les languettes de contact de la face arrière, 27. Les conducteurs de contact restants de la face avant sont disponibles pour connecter des électrodes de la puce de semiconducteur à des circuits externes. Cependant, tous les conducteurs ne sont pas nécessairement utilisés dans une structure particulière de

puce de semiconducteur, et c'est par exemple le cas du con-

ducteur 25. Toutes les parties de conducteur formant les

contacts externes sont fabriquées et conservées à l'inté-

rieur du corps moulé afin d'améliorer la résistance mécani-

que et l'uniformité du bottier. Les éléments inutilisés, comme le conducteur 25,peuvent 8tre supprimés ultérieurement, en fonction de nécessités particulières de la conception. La languette 32 formée sur un conducteur 24 particulier assure l'identification. On voit que c'est ici que réside la souplesse de conception de cette configuration de cadre de montage. De

simples changements de la conception du masque d'attaque per-

mettent de produire une variété de configurations d'éléments conducteurs, ce qui permet d'accepter une grande variété de configurations d'électrodes sur la face avant de la puce de semiconducteur 23. Les éléments conducteurs 24 des contacts de la face avant peuvent avoir diverses configurations aux extrémités des conducteurs de la face avant et diverses extrémités de conducteurs peuvent être supprimées pour s'adapter à diverses configurations d'électrodes 28 sur la surface avant de la puce. Si on le désire, on peut également modifier la forme ou l'emplacement des languettes de contact 27 de la face arrière, ou les supprimer partiellement, comme décrit précédemment. Selon une variante, on peut supprimer certaines des languettes de contact 27 de la face arrière, et on peut utiliser leurs conducteurs respectifs 26 pour la

connexion à des électrodes 28 de la puce de semiconducteur.

Une fois que les conducteurs de contact de la face avant, 24, ont été fixés aux électrodes 28 sur la puce de

semiconducteur 23, on bobine la bande, en employant avanta-

geusement une pièce intercalaire qui fait en sorte que les

puces de semiconducteur soient suspendues par les conduc-

teurs fixés et soient donc disponibles pour le nettoyage ou un autre traitement. Ainsi, par exemple, on peut soumettre la bobine complète à un traitement d'ensemble consistant en une immersion dans un bain de nettoyage ou un traitement

dans un four d'étuvage.

La bande est ensuite amenée à un autre poste de travail et les languettes 27 de la face arrière sont pliées à 180 pour les placer dans l'orientation indiquée

par des traits partiellement en pointillés sur la figure 2.

On accomplit cette opération à l'aide d'un outillage destiné à plier les languettes dans la zone 29, de manière à établir un dégagement qui est de façon générale égal à l'épaisseur de la puce de semiconducteur 23. Ainsi, les languettes de

contact 27 de la face arrière établissent un contact prati-

quement plan avec la surface arrière de la puce de semicon-

ducteur.

Les languettes de contact 27 de la face arrière

peuvent être fixées de manière conductrice par l'un quelcon-

que des divers moyens désignés précédemment par le terme "fixation", pour établir un contact électrique ou thermique entre les languettes et la puce. Si on utilise de la matière époxyde conductrice, on la fait habituellement durcir dans un four. Comme on l'a indiqué précédemment, l'interconnexion de type thermique ou électrique, ou des deux types, avec les languettes de contact 27 de la face arrière est réalisée

finalement au moyen des éléments conducteurs 26.

Ensuite, la partie de bande 20 qui demeure un élé-

ment d'une bobine, avec des contacts établis sur l'avant comme sur l'arrière de la puce de semiconducteur, de la manière décrite ci-dessus, est introduite dans un moule dans lequel on forme le corps en matière plastique moulée 10, représenté sur la figure 1. Dans certains cas, il peut être

avantageux d'appliquer un revêtement protecteur sur la sur-

face active de la puce de semiconducteur, avant l'opération de moulage. Ce revêtement peut consister en une matière épousant la forme de son substrat, comme un caoutchouc aux

silicones approprié qui se vulcanise à la température ambian-

te. Dans un exemple particulier, le corps 10 est moulé par injection en utilisant une matière thermoplastique telle que le Ryton BR06-A. Le Ryton est une marque de la firme Phillips Petroleum Corp. Une matière thermoplastique ne nécessite généralement pas une période de durcissement après moulage, et l'opération de moulage peut être accomplie en une

durée de l'ordre de quelques secondes, soit de façon caracté-

ristique d'environ six à vingt secondes.

Le corps 10 moulé par injection peut être formé

simultanément à plusieurs emplacements de la bande et l'appa-

reil de moulage peut recevoir plus d'une bande. Ensuite, dans un autre traitement de bobine à bobine, on ébavure les boîtiers

pour enlever la matière de moulage en excès et on les nettoie.

Enfin, dans un autre traitement de bobine à bobine, on sectioene

la bande pour en séparer chaque bottier moulé, et on effec-

tue la mise en forme et la finition des conducteurs externes.

On introduit ensuite automatiquement les bottiers individuels, avec une orientation uniforme, dans un magasin du type réglette. Une caractéristique des opérations de sectionnement,

de finition et de pliage consiste en ce qu'elles sont accom-

plies après l'opération de moulage du bottier. Il existe donc automatiquement un support mécanique pour la structure de

cadre de montage pendant ces opérations. On évite ainsi l'uti-

lisation de dispositifs de maintien spéciaux ou d'autres supports pour éviter le gauchissement ou la déformation de la

structure de cadre de montage pendant les opérations de tra-

vail du métal.

En se reportant à la figure 5, on voit une partie

61 d'un magasin du type réglette qui contient plusieurs bot-

tiers 62, 63, 64. Les corps en matière plastique de chacun des bottiers 62, 63, 64 portent sur les rails internes 66-67, 72-73, 74-75. Ces rails assurent la suspension des bottiers

dans la réglette de telle manière que les conducteurs exter-

nes 71 ne viennent en contact avec aucune des surfaces inter-

nes de la réglette. La configuration de suspension par rails établit également un dégagement tout autour du bottier de façon que les débris présents à l'intérieur de la réglette ne gênent pas le mouvement des bottiers. Les coins 69 des bottiers moulés s'étendent au-delà des conducteurs externes 71 et font en sorte que les conducteurs d'un bottier ne viennent pas en contact avec ceux d'un bottier adjacent ou

avec les rails latéraux 72-73.

Il est très avantageux de manipuler les bottiers lorsqu'ils sont chargés dans des réglettes à partir desquelles ils peuvent être distribués et dans lesquelles ils peuvent être réintroduits au cours de diverses opérations

de test, de vieillissement, ou autres.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté,

sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (5)

REVENDICATIONS

1. Encapsulation pour une puce de circuit intégré à semiconducteur (11, 23), la puce comportant une face avant et une face arrière, la face avant portant des électrodes (15, 28), et l'encapsulation comprenant un corps moulé (10) qui enferme la puce, et des premiers éléments conducteurs en une seule pièce (12, 24) qui sont connectés à des électrodes

(14, 28) respectives et qui comportent des parties de con-

tact (13) d'un seul tenant, à l'extérieur du corps (10), caractérisée en ce qu'elle comporte des seconds éléments conducteurs en une seule pièce (17, 26), réalisés d'un seul tenant avec des languettes (16, 27) d'aire élevée qui sont

en contact avec la face arrière de la puce (11, 23).

2. Encapsulation selon la revendication 1, carac-

térisée en ce que les seconds éléments conducteurs en une seule pièce (17) comportent au moins une partie de contact (18) réalisée d'un seul tenant à l'extérieur du corps (10),

pour chacune des languettes (16, 23).

3. Encapsulation selon l'une quelconque des reven-

dications 1 ou 2, dans laquelle le corps (10) a un contour de forme générale rectangulaire, lorsqu'il est vue en plan, caractérisée en ce que les coins (19, 69) du corps (10) font saillie à partir du corps de façon à protéger les parties

de contact externes (13, 18) des éléments conducteurs.

4. Encapsulation selon la revendication 3, carac-

térisée en ce que la paire de parties de contact externes (18) qui est adjacente à chaque coin est formée d'un seul

tenant avec l'une respective des languettes (16, 27).

5. Encapsulation selon l'une quelconque des reven-

dications 1 à 4, caractérisée en ce que les premier et

second éléments conducteurs (12, 17, 24, 26) et les languet-

tes (16, 27) sont tous formés à partir d'une seule feuille

de métal (20).