CH632870A5 - Boitier plat contenant un dispositif a circuits integres. - Google Patents
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Description
L'invention a pour objet un boîtier plat contenant un dispositif à circuits intégrés.
Les dispositifs à circuits intégrés ont originellement la forme de pastilles minuscules de quelques millimètres carrés, dont l'une des deux faces appelée face active inclut les circuits électriques et comporte des plots de sortie appropriés à la connexion par soudure à des conducteurs de liaison.
La capsulation de ces dispositifs a notamment pour but de les protéger mécaniquement et de leur donner un format conventionnel facilitant leur emploi dans des structures électroniques complexes. Elle met nécessairement en œuvre l'application de chaque dispositif sur un élément de support, l'utilisation de bornes de sortie extérieures au boîtier, la connexion de ces bornes extérieures aux plots de sortie respectifs de chaque dispositif par l'intermédiaire d'au moins un réseau de conducteurs,
et la protection de l'ensemble pour notamment améliorer ses propriétés mécaniques, thermiques et électriques.
Le boîtier de ce genre qui est le plus répandu dans les montages électroniques depuis plus d'une décennie se présente sous 5 la forme d'un parallélépigède rectangle flanqué longitudinale-ment de deux rangées opposées de pattes de connexion, qui constituent lesdites bornes de sortie du boîtier. A cause de la disposition de ces pattes, ce boîtier est couramment désigné par le sigle anglo-saxon DIL («Dual-In-Line») ou DIP («Dual-In-îo Line-Package»). En réalité, ces pattes sont les extrémités extérieures de conducteurs convergeant chacun à un plot de sortie du dispositif. L'ensemble de ces conducteurs est noyé avec le dispositif à circuits intégrés dans un enrobage en matière plastique ou en céramique, qui constitue le boîtier même. 15 Les boîtiers DIL que l'on trouve actuellement sur le marché ont une épaisseur de plusieurs millimètres (généralement de trois à quatre millimètres) et une surface d'au moins un centimètre carré. Mais étant donné la miniaturisation sans cesse plus poussée et plus exigée dans maints domaines d'application, les 20 constructeurs se sont efforcés de réduire les dimensions des boîtiers. Or, s'il est possible de restreindre sans inconvénient la surface des boîtiers DDL, il en va autrement de l'épaisseur. En effet, l'enrobage doit border rigidement les deux grandes faces de la pastille de circuits intégrés pour qu'à la flexion elle ne se 25 rompe pas ou, surtout, elle n'ait pas ses circuits partiellement endommagés pour produire de faux résultats. Ne peut donc pas convenir comme substance d'enrobage une matière plastique ou une résine, qui ne sont suffisamment rigides que pour des épaisseurs relativement grandes; d'un autre côté, la céramique en 30 couche mince se craquèle à la flexion. Théoriquement, la céramique est en effet exploitable au-delà de 0,635 millimètre, mais il s'est avéré qu'en pratique l'épaisseur minimale devait être légèrement inférieure au millimètre.
Pour remédier à ces inconvénients, les constructeurs ont 35 remplacé l'enrobage, en tant que paroi rigide de protection, par une armature métallique. Ainsi, le dispositif repose, par sa face non active, dans le fond d'une coupelle métallique mince traversée par des pattes de connexion isolées de la coupelle par du verre. Les extrémités intérieures de ces pattes sont reliées aux 40 plots de sortie de la face active du dispositif par des fils souples (selon la technique dite «wire-bonding») ou par des poutres (technique dite T.A.B. «Tape Automatic Bonding»), Une substance d'enrobage consolide souvent l'ensemble et/ou un couvercle ferme la coupelle. On constatera que la fabrication d'un tel 45 boîtier, connu sous le nom anglo-saxon «flat-pack», est très complexe, donc très coûteuse, relativement au boîtier DIL. Il faut en effet disposer d'une coupelle métallique, y ménager des ouvertures latérales, former des billes de verre dans les ouvertures respectives et y placer les pattes de connexion avant 50 qu'elles ne se solidifient, poser le dispositif à circuits intégrés dans le fond de la coupelle, souder les fils ou poutres par leurs deux extrémités respectivement aux pattes de connexion et aux plots de sortie du dispositif, couler les substances d'enrobage dans la coupelle et/ou refermer le tout par un couvercle ou un 5S moulage.
Ce boîtier fut amélioré pour donner le «package carrier». Selon ce mode de réalisation, la coupelle et le couvercle éventuel sont en céramique, bon dissipateur thermique et relativement malléable. Ainsi, les bornes de sortie qui traversent la 60 coupelle sont coulées dans la céramique et se présentent à l'extérieur comme des plots latéraux au lieu de pattes. Aussi ce boîtier peut-il être connecté à un montage extérieur par insertion dans un espace complémentaire à la surface du boîtier et pourvu de plots correspondants pour le contact avec ceux du 65 boîtier. Dans un cas particulier connu, le montage extérieur est un boîtier DIL, dans lequel le boîtier «package carrier» tient lieu de dispositif à circuits intégrés.
Bien que moins onéreux et moins encombrants en surface
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que le précédent, ce boîtier est nécessairement plus épais, puisque la céramique doit être en couche relativement épaisse pour avoir la rigidité désirée.
D'autre part, l'intégration à grande échelle qui se répand de nos jours dans la fabrication des circuits intégrés pose aussi un autre problème. Il est en effet évident que la concentration, dans un même substrat, d'éléments de circuit remplissant différentes fonctions spécialise le dispositif résultant à des applications particulières, ce qui en général empêche une fabrication en grande série de ce dispositif. On conçoit ainsi l'avantage qu'offrirait la réunion dans un même boîtier aussi compact que possible, plusieurs dispositifs interconnectés et diffusés en grande série à circuits intégrés, selon les besoins du client. Comme avantages, on retiendra l'utilisation de dispositifs peu spécialisés et de faible coût, le choix offert à la clientèle par le réunion des dispositifs, et l'assemblage possible de dispositifs à circuits intégrés relevant de techniques différentes.
Par exemple, au sujet de ce dernier point, tout dispositif monolithique à circuits intégrés incorporant une mémoire et son circuit de commande n'offre actuellement que de très faibles possibilités, de sorte qu'il faut utiliser deux dispositifs remplissant respectivement les fonctions de mémoire et de commande de mémoire et les interconnecter pour obtenir un ensemble performant.
La structure des boîtiers qui ont été décrits ci-dessus interdit l'inclusion de plusieurs dispositifs et de leur circuit d'interconnexion dans un même boîtier, du fait qu'elle exige le croisement des conducteurs de sortie avec les conducteurs d'interconnexion.
La difficulté a été contournée en remplaçant, dans un boîtier du type «fiat pack» ou «package carrier», le dispositif à circuits intégrés par une plaquette de support comportant les dispositifs à circuits intégrés, leur circuit d'interconnexion et les conducteurs de sortie, sous forme de circuits imprimés. Les conducteurs de sortie se terminent en forme de plages de connexion, sur lesquelles sont soudés les conducteurs de liaison conduisant aux bornes de sortie du boîtier.
On a vu précédemment que l'épaisseur de tels boîtiers est pratiquement irréductible au millimètre et que leur fabrication est plus ou moins complexe et coûteuse. Par ailleurs, comme la plaquette de support doit reposer sur la coupelle de protection du boîtier, les circuits d'interconnexion et les dispositifs à circuits intégrés doivent tous être portés sur une même face de la plaquette. Par conséquent, on ne peut imbriquer les circuits d'interconnexion qu'en les répartissant sur plusieurs couches conductrices électriquement isolées. Naturellement, la céramique s'est imposée comme matériau constituant la plaquette, compte tenu de ses bonnes propriétés physiques, électriques et thermiques, de son faible coût, de la maîtrise que l'on a actuellement à former sur ce matériau les circuits imprimés et les soudures, et de l'avantage offert par la nature du boîtier à n'utiliser qu'en face de la plaquette. Toutefois, on sait que la céramique doit être épaisse pour fournir tous les avantages que l'on a énoncé précédemment.
Il s'avère cependant que l'épaisseur d'un boîtier à un ou plusieurs dispositifs à circuits intégrés est un facteur capital dans certaines applications particulières. C'est le cas par exemple de la fabrication de cartes portatives normalisées, du type «cartes de crédit» telles que celles décrites dans le brevet français 2 337 381 déposé par la titulaire. Les dimensions de ces cartes sont régies par la norme ISO/DIS 2894 édictée par l'Organisation Internationale des Normes. Ces cartes doivent ainsi se présenter sous forme d'un rectangle de 85,72 millimètres X 55,98 millimètres et avoir une épaisseur de 0,762 millimètre, à laquelle il est permis d'ajouter au plus 0,50 millimètre pour indiquer, par exemple, le nom et l'adresse du titulaire de la carte au moyen d'éléments rapportés (tels que des étiquettes collantes) ou d'impressions formées dans la carte elle-même. Pour mettre en œuvre l'invention décrite dans le brevet précité, il faut donc que le boîtier qui doit être inclus dans une cavité de la carte ait une épaisseur inférieure au millimètre. En outre, comme les cartes sont faites en un matériau plastique, communément en 5 chlorure de polyvinyle (PVC), il faut donc aussi que le boîtier soit relativement souple, sans que cela soit préjudiciable à la structure ou au fonctionnement du montage électrique qu'il incorpore. En supposant que ce boîtier doit inclure un composant de mémoire pour consigner l'identité du titulaire de la carte, son io code confidentiel et les débits et crédits qu'il pourra effectuer, et un composant servant à la commande de cette mémoire, le boîtier multi-composant qui a été décrit ci-dessus est absolument incapable de satisfaire les conditions requises pour la carte de crédit. On a aussi montré que si même un seul dispositif monoli-15 thique remplissant les fonctions de mémoire et de commande de cette mémoire était incorporé à un boîtier mono-composant connu, ce boîtier serait encore trop épais et inapplicable aux cartes de crédit normalisées.
Dans d'autres cas d'application, le facteur capital sera la 20 surface ou le volume d'encombrement qui constituera le facteur décisif de son application. Or, si ce boîtier doit enfermer plusieurs dispositifs à circuits intégrés, la surface nécessaire à leur implantation sur une face de la plaquette contenue dans la coupelle du boîtier est obligatoirement grande. Autrement dit, les 25 contraintes imposées par la structure de ce boîtier sont inconciliables avec les problèmes de réduction d'encombrement.
L'invention présente un boîtier contenant un ou plusieurs dispositifs à circuits intégrés, dont l'épaisseur et/ou la surface peuvent être notablement réduites par rapport à ces mêmes 30 paramètres des boîtiers de la technique antérieure et dont il est possible de leur donner la souplesse requise sans nuire au bon état ou au bon fonctionnement du montage électrique incorporé.
Un boîtier plat conforme à l'invention contenant au moins 35 un dispositif à circuits intégrés pourvu de plots de sortie est du type comprenant un élément de support de ce dispositif, une pluralité de bornes de sortie extérieures au boîtier, un réseau de conducteurs reliant lesdites bornes de sortie auxdits plots de sortie du dispositif, et un moyen de protection, et est caractérisé 40 en ce que ledit élément de support est une plaquette et lesdites bornes de sortie du boîtier sont des plages de contact disposées sur cette plaquette; au moins les conducteurs dudit réseau qui sont rattachés auxdites plages de contact reposent sur ladite plaquette de support et ledit moyen de protection comprend un 45 enrobage électriquement isolant, enrobant partiellement la plaquette de support et laissant dégagées au moins lesdites plages de contact.
Les avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés. 50 La figure 1 est une vue de dessus, avec écorché, d'un boîtier DIL de la technique antérieure ;
la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II—II de la figure 1 ;
la figure 3 est une vue en coupe transversale, analogue à 55 celle de la figure 2, d'un boîtier du type «flat-pack» de la technique antérieure;
la figure 4 est une vue de dessus d'un boîtier du type «package carrier» de la technique antérieure;
la figure 5 est une vue en coupe suivant la ligne V—V de la 60 figure 4;
la figure 6 est une vue de dessous, selon la flèche VI dans la fig. 7 d'un exemple de réalisation d'un boîtier conforme à l'invention incluant deux dispositifs interconnectés à circuits intégrés;
la figure 7 est une vue en coupe suivant la ligne VII—VII de la figure 6;
la figure 8 est une vue en coupe analogue à celle de la figure 7, d'un autre exemple de réalisation d'un boîtier conforme à
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l'invention, incluant trois dispositifs à circuits intégrés, interconnectés et disposés sur les deux faces de la plaquette de support du boîtier.
Les boîtiers de la technique antérieure qui ont été décrits et discutés précédemment sont illustrés dans les figures 1 à 5.
On ne fera donc que des commentaires très brefs à leur sujet.
Aux figures 1 et 2 est présenté un boîtier DIL 10, dont les conducteurs de sortie 11 convergent, à l'intérieur d'un enrobage isolant parallélépipédique rectangle 12, autour d'une plaquette de support centrale 13 sur laquelle repose un dispositif à circuits intégrés 14 dont les plots de sortie 15 sont reliés aux extrémités intérieures des conducteurs de sortie 11 par l'intermédiaire de conducteurs de liaison 16. Les conducteurs de sortie 11 se distribuent en deux rangées latérales symétriques à l'enrobage 12 et sont coudées à angle droit au niveau de deux lignes 17. Quant aux conducteurs de liaison 16, ce peut être des fils, comme illustré, ou des poutres cambrées pour s'accomoder de la différence de niveau entre les extrémités intérieures des conducteurs de sortie 11 et les plots de sortie 15 du dispositif 14.
Le boîtier «flat-pack» 20 (figure 3) est sensiblement analogue à celui du boîtier précédent 10. Du reste, il se présente, vu de dessus, comme le boîtier 10. En réalité, il ne diffère du précédent que par le moyen de protection qui, au lieu d'être un enrobage, est ici une coupelle. Plus précisément, le boîtier 20 présente deux rangées latérales de conducteurs 21 formant les bornes de sortie du boîtier 20 et traversant les grandes parois latérales d'une coupelle rectangulaire 22 au travers de fenêtres 23. Le matériau de la coupelle 22 est de préférence bon dissipateur de la chaleur et mécaniquement résistant, comme le laiton ou la céramique. Le laiton a cependant l'avantage sur la céramique d'être suffisamment résistant pour de faibles épaisseurs, mais il oblige l'isolation électrique entre la coupelle 22 et les conducteurs 21, au moyen par exemple de billes de verre remplissant les fenêtres 23. Sur le fond de la coupelle repose un dispositif à circuits intégrés 24, dont les plots de sortie 25 sont reliés aux extrémités intérieures des conducteurs de sortie 21 par des conducteurs de liaison 26, des fils, comme illustré, ou des poutres. Un couvercle 27 enclôt l'ensemble et/ou un enrobage 28 fige tous les éléments contenus dans la coupelle.
Les figures 4 et 5 se rapportent à un boîtier «package carrier» 30. On voit que ce boîtier a beaucoup d'analogie avec le boîtier précédent 20. La seule différence réside dans le fait que les bornes de sortie 31 sont des plots moulés dans les parois latérales d'une coupelle 32 formée dans un matériau moulable et de préférence bon dissipateur thermique, tel que la céramique. Un boîtier 30 peut comporter un grand nombre de plots 31, lesquels s'étendent communément sur pratiquement toute la hauteur du boîtier et sont avantageusement aptes à venir en contact respectivement avec des éléments de contact extérieurs 33 de la périphérie d'une cavité conformée pour recevoir le dispositif 30. Comme dans le cas du boîtier 20, le fond de la coupelle 32 du boîtier 30 porte un dispositif à circuits intégrés 34, dont les plots de sortie 35 sont reliés respectivement aux parties intérieures des plots 31 au moyen de conducteurs de liaison 36. Un enrobage 37 fige les éléments contenus dans la coupelle et/ou un couvercle (non illustré) enclôt ces éléments.
Les figures 6 et 7 représentent un exemple de réalisation d'un boîtier plat 40 conforme à l'invention, prévu pour deux dispositifs à circuits intégrés. Les bornes de sortie du boîtier 40 sont des plages de contact 41 disposées directement sur une face d'une plaquette 42 constituant l'élément de support de deux dispositifs à circuits intégrés 43,44. Les plots de sortie 45 de ces deux dispositifs sont respectivement reliés par des conducteurs de liaison 46 à un ensemble de conducteurs 47 disposés sur l'autre face de la plaquette 42. Dans l'exemple illustré, les quatre conducteurs 47a - 47d de cet ensemble forment à la fois le circuit d'interconnexion entre les deux dispositifs 43 et 44 et les ' conducteurs de sortie qui mènent respectivement aux plages de s contact 41 (41a - 41d), par l'intermédiaire de trous 48 (48a -48d) pratiqués dans la plaquette 42. Le moyen de protection des dispositifs 43 et 44 est formé essentiellement par un enrobage 49 électriquement isolant, enrobant partiellement la plaquette de support 42 et laissant dégagées les plages de contact 41. Dans io l'exemple illustré, l'enrobage 49 est ainsi disposé sur seulement la face de la plaquette 42 qui porte les dispositifs 43 et 44.
On voit d'emblée que le boîtier 40 peut être de très faible épaisseur. D'une part, il n'y a plus de coupelle comme dans les 15 boîtiers antérieurs; d'autre part, les bornes de sortie41 peuvent être prévues sur la même face que celles portant les dispositifs 43 et 44, à la périphérie de la plaquette 42 pour que l'enrobage
49 ne les englobe pas. En outre, ce genre de boîtier a l'avantage de profiter au mieux de la réduction de l'épaisseur que peut
20 supporter la plaquette 42. Au lieu de la céramique par exemple, il sera avantageux d'utiliser le verre époxy ou un matériau plastique, tel que par exemple celui vendu sous le nom de «Kap-ton». Avec ces deux matériaux, on peut descendre en dessous de 0,2 millimètre pour l'épaisseur de la plaquette, et obtenir ainsi 25 un boîtier 40 dont l'épaisseur totale est au plus inférieure au millimètre. Ces matériaux sont aussi préférés pour leur souplesse. Toutefois, si leur faible épaisseur leur confère une souplesse trop grande, préjudiciable au bon état et fonctionnement du boîtier, il sera avantageux d'utiliser des moyens de renf orce-30 ment de rigidité de la plaquette, tels que les éléments de bordure
50 représentés sur les figures 6 et 7. Ces éléments de bordure sont rapportés, mais pourraient être une nervure périphérique de la plaquette. De la sorte, les moyens de renforcement 50 font partie du moyen de protection du boîtier 40. Par ailleurs, on voit
35 à la figure 6 que les deux dispositifs 43 et 44 reposent sur un même conducteur 47a, constituant le conducteur de masse et jouant de même le rôle de dissipateur de la chaleur dégagée par les dispositifs 43 et 44.
Dans le cas où l'on désire concilier l'encombrement en
40
épaisseur et en surface d'un boîtier conforme à l'invention, la figure 8 donne un exemple de réalisation d'un tel boîtier. A la figure 8, le boîtier 51 comporte respectivement sur les deux faces de la plaquette 52 deux circuits d'interconnexion 53,53' reliés l'un à l'autre par des trous 54 pratiqués dans la plaquette 52. Dans l'exemple illustré, les circuits d'interconnexion 53 et 53' relient entre eux trois dispositifs à circuits intégrés 55,56 et 57. D'autre part, comme variante de réalisation du boîtier 40, le circuit d'interconnexion 53 se compose de deux couches conductrices superposées 53a, 53b isolées entre elles par une couche d'isolation 53c, à l'exception de trous conducteurs de liaison 53d. Les conducteurs de sortie tels que les conducteurs 58a et 58b du réseau de conducteurs disposés sur la plaquette 52 aboutissent aux bornes de sortie du boîtier portées par la plaquette 52, telles que les bornes 59a, 59b.
Comme variante de réalisation également, les plots de sortie 60 des dispositifs 55 et 56 sont reliés au circuit d'interconnexion 53 par des poutres cambrées 61, au lieu de fils 46 comme dans le cas de boîtier 40 ; quant au dispositif 57, ses plots de sortie 60 60 sont directement connectés à des conducteurs du circuit 53'.
Bien entendu, un enrobage 62,62' noie les dispositifs 55,56 et 57 avec au moins en partie, d'une manière générale, le réseau de conducteurs formé par les circuits 53 et 53 ' et les conducteurs de liaison 61. Cet enrobage exclut les bornes de sortie 59 du 05 boîtier. En outre, les éléments de renforcement de rigidité 63, 63' sont utilisés comme dans le cas du boîtier 40.
Les deux exemples d'exécution de l'invention qui viennent d'être décrits en référence aux figures 6,7 et 8 font bien ressor-
50
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tir les caractéristiques fondamentales de l'invention et toutes les se tenir sur les deux faces de la plaquette, et qu'il va de soi qu'un variantes que l'on peut apporter. C'est ainsi, par exemple, que tel boîtier s'applique à l'incorporation d'un seul dispositif aussi les bornes de sortie d'un boîtier conforme à l'invention peuvent bien qu'à un nombre quelconque de dispositifs.
C
2 feuilles dessins
Claims (8)
- 632 8702REVENDICATIONS1. Boîtier plat contenant au moins un dispositif à circuits intégrés pourvu de plots de sortie, du type comprenant un élément de support (42) dudit dispositif, une pluralité de bornes (41) de sortie extérieures au boîtier, un réseau de conducteurs reliant lesdites bornes de sortie auxdits plots de sortie (45) du dispositif, et un moyen de protection (49), caractérisé en ce que ledit élément de support est une plaquette (42,52) et lesdites bornes de sortie du boîtier sont des plages de contact (41 ; 59a, 59b) disposées sur cette plaquette (42,52) ; au moins les conducteurs dudit réseau qui sont rattachés auxdites plages de contact (41 ; 59a, 59b) reposent sur ladite plaquette de support; et ledit moyen de protection comprend un enrobage (49 ; 62,62') électriquement isolant, enrobant partiellement la plaquette de support (42,52) et laissant dégagées au moins lesdites plages de contact.
- 2. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaquette de support (42) est un film mince en matériau relativement souple, tel que le verre époxy ou un matériau plastique.
- 3. Boîtier selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de protection comporte des moyens de renforcement de rigidité (50; 63,63') de la plaquette.
- 4. Boîtier selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la plaquette de support comporte plusieurs dispositifs à circuits intégrés (43,44 ; 55,56,57), et en ce que le réseau de conducteurs (46,47,48; 53,53', 61) inclut un circuit d'interconnexion (47 ; 53,53') imprimé sur la plaquette.
- 5. Boîtier selon la revendication 4, caractérisé en ce que le ou ledits dispositifs (43,44 ; 55,56,57) sont montés sur une face de la plaquette (42,52) tandis que lesdites plages de contact (41) reposent sur l'autre face; ledit réseau de conducteurs comporte des trous conducteurs (48,54) ménagés dans la plaquette (42,52) ; et l'enrobage (49) est disposé sur ladite face de la plaquette qui porte le ou lesdits dispositifs.
- 6. Boîtier selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits dispositifs (55,56,57) sont montés sur les deux faces de la plaquette (52) ; ledit circuit d'interconnexion (53,53') est formé sur ces deux faces et comprend des trous conducteurs (54) ménagés dans la plaquette; et lesdites plages de contact (59a, 59b) sont disposées à la périphérie d'au moins l'une desdites faces.
- 7. Boîtier selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les conducteurs du réseau (53) qui sont contenus sur une face de la plaquette (52) sont répartis sur plusieurs couches conductrices (53a, 53b) superposées.
- 8. Boîtier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins l'un (47a) des conducteurs du réseau constitue un élément de dissipation de la chaleur dégagée par le ou lesdits dispositifs (43,44).
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