FR2545653A1 - Procede et dispositif d'encapsulation de circuits integres - Google Patents

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Abstract

LA PRESENTE INVENTION A POUR OBJET UN PROCEDE ET UN DISPOSITIF D'ENCAPSULATION DE CIRCUITS INTEGRES. CE PROCEDE COMPREND LES ETAPES SUIVANTES: A.INTRODUIRE DANS LA CAVITE 9 D'UN MOULE 7 EN DEUX PARTIES, LE CIRCUIT INTEGRE 1; B.REFERMER LE MOULE; C.INJECTER DANS LE MOULE UNE RESINE THERMOPLASTIQUE, PAR EXEMPLE DU PPS, DONT LA VISCOSITE EN CISAILLEMENT A LA TEMPERATURE T D'INJECTION EST DE 10 A 100PA.S; ET D.DEMOULER LE CIRCUIT ENCAPSULE APRES REFROIDISSEMENT ET SOLIDIFICATION DE LA RESINE. GRACE A CE PROCEDE, ON PEUT REALISER L'OPERATION D'ENCAPSULATION A LA CADENCE DE LA CHAINE DE FABRICATION DES CIRCUITS INTEGRES.

Description

La présente invention a-pour objet un procédé d'encapsulation de circuits intégrés, qui permet notamment de réaliser cette opération d'encapsulation à la sortie de la chaîne de montage des circuits intégrés en suivant la cadence de production de cette chaîne de fabrication.
Dans les installations de montage en grande série de circuits intégrés, on dispose généralement une suite de machines automatiques effectuant chacune l'une des opérations de fabrication.
Cependant, jusqu'à présent, la dernière opération effectuée automatiquement dans l'installation était de souder des fils électriques pour relier la plaquette du circuit à sa grille-support.
On était contraint alors de procéder, dans une autre installation, à opération d'encapsulation du circuit intégré qui est nécessaire pour le protéger des contraintes de l'environnement.
En effet, les matériaux utilisés habituellement pour cette encapsulation sont des matières thermodurcissables telles que des résines époxyde ou des résines silicone associées à des charges minérales, ce qui rend difficile la réalisation en série de l'encapsulation en suivant le temps de cy cle de la channe de production, celui-ci étant généralement de 3 à 10 s, alors que la durée du cycle d'encapsulation est de l'ordre de 2 à 3 min. De ce fait, on a réalisé l'opération d'encapsulation sur des lots de circuits intégrés en utilisant un moule de grandes dimensions comportant plusieurs logements, par exemple 200, destinés à recevoir chacun un circuit intégré.Dans ce cas, on injecte dans tous les logements à la fois, par l'intermédiaire d'un réseau important de canaux, la résine thermo durcissable et, après cette opération, on attend assez longtemps pour démouler l'ensemble car le durcissement de la résine tbermo#urcissable s'effectue relativement lentement. Cette technique d'encapsulation des circuits intégrés dans une résine thermodurcissable présente de nombreux incow'enients.
Tout d'abord, l'utilisation de moules très volumineux comportant un grand nombre d'empreintes est onéreuse et conduit à des produits inhomogènes, car on ne peut garantir une bonne reproductibilité des pièces moulées vu le grand nombre d'empreintes.
Par ailleurs, il est difficile d'automatiser l'opération en raison du grand nombre de circuits traités en même temps. De plus, on perd une quantité relativement importante, environ 40%, de la matière thermodurcissable dans les canaux d'amenée aux différents logements du moule, ce qui rend ne- cessaires des opérations fréquentes de nettoyage.
Enfin, compte tenu des propriétés des matières thermodurcissables, on doit maintenir la poudre de résine thermodurcissable utilisée pour le moulage à une température inférieure à 40C pendant le transport et le stockage, et on doit recourir à un pastillage et un préchauffage de la poudre avant l'opération de moulage. Par ailleurs, lors du durcissement de la résine, la réaction chimique de réticulation peut conduire à un dégagement de produits indésirables susceptibles de dégrader le circuit intégré puisque la surface même du circuit est en contact avec la résine lors du durcissement.
On connaît aussi un procédé de moulage utilisant un seul moule que l'on remplit avec une résine thermoplastique chaude. Les applications d'un tel procédé sont très nombreuses dans la fabrication d'objets en matière plastique. Cependant, dans toutes ces applications, on cherche toujours à assurer une bonne résistance mécanique de l'objet moulé. Aussi a-t-on toujours utilisé ce procédé en employant des résines de très fort poids moléculaire (par conséquent des résines de.viscosité-à-la tempé rature d'injection élevée :tr à 300 Pa.s). En con- séquence, l'injection doit s'effectuer sous haute pression et le plus rapidement possible.
Un tel procédé nLest pas applicable à l'encapsulation des circuits intégrés parce que le circuit comporte des liaisons électriques extrême ment fragiles, et l'ensemble ne peut résister à l'arrivée brutale de la résine injectée sous haute pression.
La présente invention a précisément pour objet un procédé d'encapsulation de circuits intégrés qui permet de pallier les inconvénients précités.
Ce procédé comprend les étapes suivantes : a) - introduire dans la cavité-d'un moule en deux
parties le circuit intégré, b) - refermer le moule, c) - injecter dans le moule une résine thermoplas
tique dont la viscosité en cisaillement à la
température T d'injection est de 10 à
100 Pa.s, et d) - démouler le circuit encapsulé après.refroidis
sement et solidification de la résine.
Grâce à l'utilisation, selon l'invention, d'une résine thermoplastique présentant une viscosité appropriée, on peut automatiser l'opération d'encapsulation à la sortie de la chaîne de fabrication, limiter ainsi les opérations de manipulation et éviter par ailleurs les pertes importantes en matière plastique.
En effet, lorsqu'on utilise une résine thermoplastique, le durcissement du au refroidissement se produit rapidement~ ce qui est compatible avec la cadence d'une chaîne de fabrication de circuits intégrés. Par ailleurs, on peut utiliser un seul moule pour réaliser successivement l'encapsulation d'une grande série de circuits intégrés, ce qui conduit à une bonne reproductibilité des pièces moulées. puisque celles-ci sont traitées dans le même moule et dans des conditions identiques. Enfin, on évite les pertes en matière plastique car on peut récupérer la résine thermoplastique présente dans le canal d'alimentation du moule par un simple chauf fa- ge.De plus, le fait de réaliser l'opération d'encapsulation sur un seul circuit intégré permet - de mieux contrôler les conditions de température
et de pression et donc la densité de matière,
ainsi que les cotes de l'objet, - de réaliser lentement l'injection de la résine
sans risquer un durcissement prématuré de celle-ci
avant d'avoir rempli totalement le moule, et - d'obtenir une meilleure organisation potentielle
du travail en raison. de la diminution du volume de
l'unité d'encapsulation.
Jusqu'à présent, les constructeurs de circuits intégrés ne pouvaient envisager un tel procédé d'encapsulation, car lorsqu'on utilise les résines thermoplastiques utilisées habituellement dans l'industrie, il est nécessaire de les injecter rapidement sous haute pression et, dans ces conditions, compte tenu du poids moléculaire élevé de ces résines, on risque de détériorer le circuit intégré qui est fixé uniquement sur la grille par des liaisons électriques établies avec des fils de quelques microns de diamètre.
Selon l'invention, on évite cet inconvénient en choisissant une résine thermoplastique présentant une viscosité en cisaillement à la température d'injection de 10 à 100 Pa.s. Ces caractéristi ques de viscosité correspondent à un poids moléculaire plus faible et l'on ne risque pas d'obtenir lors de l'injection de la résine, une rupture des liaisons électriques du circuit intégré.
A titre d'exemple de résines thermoplastiques susceptibles d'autre utilisées, on peut citer les polysulfures de phénylène, les polyfluorures de vinylidène, les poiyéthers-sulfones, le polypropyn lène, le polychlorotrifluoroéthylène, le polyétheréthercétone.
Selon la nature du thermoplastique, on réalise l'injection de la résine à une température T de 150 à 350 OC environ, sous une pression allant de 200 à 5000 kPa, ce qui correspond à des vitesses d'injection relativement faibles de 0,5 à 5 cm3/s.
Dans ces conditions, la durée d'injection est généralement d'environ 0,2 à 3 s.
L'injection de la matière thermoplastique dans le moule est réalisée par un canal d'injection qui, de préférence, est situé dans le plan de joint du moule. De la sorte, on peut injecter une quantité égale de résine de chaque coté du circuit parallèle~ ment à la grille et éviter ainsi la rupture des liaisons électriques entre le circuit et sa grillesupport. Après l'injection, on attend quelques secondes, généralement 2 à 10 s, pour que la résine thermoplastique se solidifie par refroidissement et on procède ensuite à l'ouverture du moule pour récupérer le circuit encapsulé.
Avantageusement, on introduit également dans le moule un élément portant un numéro d1identi- fication de façon à graver ce numéro d'identification sur le circuit encapsulé.
L'invention a également pour objet un dispositif pour encapsuler dans une résine thermoplastique un circuit intégré monté sur sa grille-support. Ce dispositif comprend un moule en deux par ties muni d'une cavité dont les dimensions sont légèrement inférieures à celles de la grille du circuit intégré à encapsuler, des moyens de manipulation pour introduire le circuit intégré à encapsuler dans la cavité dudit moule, une presse d'injection de la résine thermoplastique dans le moule et des moyens de démoulage du circuit encapsulé.
Ce dispositif présente en particulier avantage de permettre la réalisation de l'opération d'encapsulation en continu à la sortie de la chaîne de fabrication des circuits intégrés
En effet, lorsque la durée du cycle d'encapsulation qui comporte une première phase de manipulation du circuit intégré pour l'introduire dans le moule, une deuxième phase d'injection de la résine thermoplastique, une troisième phase de refroidissement pour obtenir le durcissement de la résine et une quatrième phase de démoulage, n'excède pas la cadence de la chaîne de fabrication, on peut réaliser directement ces opérations en ligne sur chaque circuit sortant de la chaîne de fabrication.
En revanche, lorsque la durée du cycle d'encapsulation excède la cadence de la chaîne de fabrication, mais que les phases de manipulation du circuit intégré et d'injection de la résine thermoplastique peuvent etre effectuées à la cadence de cette chaîne de fabrication, on peut utiliser plusieurs moules pour séparer les opérations d'injection de la résine thermoplastique, de refroidissement de la résine et de démoulage du circuit.
Dans ce cas, le dispositif comprend une plate-forme mobile supportant plusieurs moules agencés sur ladite plate-forme de façon telle que, lors de la rotation de la plate-forme, chacun des moules puisse être associé successivement aux moyens de manipulation des circuits intégrés à encapsuler, à la presse d'injection de la résine thermoplastique et aux moyens de démoulage du circuit encapsulé.
Selon l'invention, pour réaliser l'injecw tion de la résine thermoplastique dans de bonnes conditions, le moule comprend un canal dlinjection situé de préférence dans le plan de joint dudit mou-le.
Dans le dispositif de l'invention, les moyens de manipulation utilisés pour introduire le circuit intégré à encapsuler dans la cavité du moule, sont des moyens classiques capables de saisir le circuit qui sort de la chaîne de fabrication et de le transférer dans la cavité du moule. De tels moyens de manipulation sont par exemple une pince mécanique ou à dépression.
De même, on utilise une presse d'injection d'un type classique comportant un système ou groupe de fermeture assurant les phases de manipulation de l'outillage ainsi que l'ouverture et la fermeture-du moule, et une unité d'injection à vis-piston cumulant les opérations de plastification de la résine, de refoulement de celle-ci vers le moule, de maintien en pression et d'avance et de recul de la buse d'alimentation du moule. On peut utiliser en particulier une presse comportant un pot de plastification et un groupe de fermeture à genouillère.
Les moyens de démoulage du circuit encapsulé sont également constitués par des moyens classiques capables de saisir le circuit encapsulé libé ré du moule et de le transférer dans un autre endroit. Ces moyens peuvent être constitués par des éjecteurs à commande mécanique automatique.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, donnée bien entendu à titre illustratif et non limitatif, en référence au dessin annexé sur lequel :
- la figure 1 est une vue en perspective d'un circuit intégré à encapsuler,
- la figure 2 illustre un moule en deux parties, utilisable pour l'encapsulation d'un circuit intégré,
- la figure 3 représente schématiquement en coupe verticale un dispositif d'encapsulation par injection, et
- la figure 4 représente schématiquement un dispositif d'encapsulation- équipé-- d'une plateforme mobile pour séparer dans le temps les opérations d'injection, de refroidissement et de démoulage du circuit.
Sur la figure lr on voit que le circuit à encapsuler est constitué par un circuit intégré 1 monté sur une grille 3 par des liaisons électriques 5. Lors de l'opération dwencapsulation, on entoure le circuit 1 de résine, mais il est nécessaire d'avoir accès à certaines parties de la grille 3 de support de ce circuit. De ce fait, le moule utilisé représenté sur la figure 2 est un moule en deux parties symétriques 7a et 7b comportant chacune une cavité 9a, 9b dont les dimensions sont légèrement inférieures à celles de la grille 3 de support du circuit représentée en pointillés sur le dessin. On peut injecter dans la cavité du moule la résine thermoplastique par un canal d'injection lla, llb situé dans le plan de joint du moule.
Sur la figure 3, on a représenté le moule 7 en position fermée avec le canal d'injection 11 relié à la presse d'injection. Sur cette figure, on voit que la grille 3 de support du circuit intégré 1 dépasse légèrement la cavité 9 du moule On introduit la matière plastique dans la cavité 9 du moule par l'intermédiaire du canal d'injection ll qui est raccordé à la presse d'injection à vis-piston 13 par l'intermédiaire d'une buse d'injection 15 munie d'un moyen de chauffage 17 de la matière thermoplastique.
Lors de l'injection la résine thermoplastique remplit la cavité 9 du moule ainsi que le canal d'injection 11. Après injection, le moule qui est plus froid que la matière injectée,provoque le durcissement de la résine et lorsque celle-ci est durcie, on procède à l'ouverture du moule et au démoulage du circuit encapsulé.
Lorsque l'ensemble des opérations d'injection, de refroidissement et de démoulage exige une durée plus importante que la cadence de la chat- ne de fabrication des circuits intégrés, on peut, comme cela est représenté sur la figure 4, séparer dans le temps les opérations d'injection, de refroidissement et de démoulage, en utilisant une plateforme mobile 19 supportant plusieurs moules 72' 76 susceptible d'effectuer une rotation en suivant le sens de la flèche F. Dans ce cas, à la sortie de la chaîne de fabrication qui comporte les différents postes A, B, C, un dispositif approprié saisit le circuit intégré monté sur sa grille et l'introduit dans le premier moule 71 que l'on referme ensuite pour procéder à l'injection de la résine thermoplastique ; pendant que la plate-forme 19 effectue sa rotation, on réalise le refroidissement du moule (positions 72, 73 et 74) et pendant ce temps, on peut effectuer l'injection de la matière thermoplastique pour encapsuler les trois circuits inte- grés suivants provenant de la chaîne de fabrication
On procède ensuite à l'ouverture du premier moule et au démoulage du circuit encapsulé (position 75) puis on réutilise de nouveau le moule pour encapsuler un autre circuit lorsqu'il revient à la position 71
Ainsi, on peut conserver tous les avantages de la fabrication en ligne' eut automatiser entiè rement les opérations de fabrication des circuits intégrés.
Dans ce cas, il est toutefois nécessaire que le temps mis pour introduire le circuit dans le moule et pour injecter la matière thermoplastique soit inférieur au temps de cycle de la chaîne de fabrication. En revanche, les opérations de refroidissement et de démoulage peuvent exiger une durée plus importante, puisqu'elles s'effectuent pendant le temps mis par le moule pour faire le tour du manège.
L'exemple suivant est donné à titre d'illustration de l'invention.
Dans cet exemple, on réalise lencapsula- tion d'un circuit intégré monté sur une grillesupport à 14 pattes, commercialisé sous la référence
BMCI par la Société AUGE-Découpage, en utilisant comme résine thermoplastique un polysulfure de phénylène (PPS) commercialisé par la Société Phillips
Petroleum qui présente une viscosité en cisaillement simple de 80 Pa.s à la température d'injection de 330 OC.
On utilise, dans ce cas, une presse d'in- jection commercialisée sous la référence
KAP 16/10 N par la Société Aviaplastique qui est équipée d'un pot de plastification 17/75 Vo d'un système d'alimentation à vis-piston, d'une base avec clapet anti-retour et d'un système de contrôle et de régulation de la pression d'injection. Le moule utilisé qui est en acier Martin dur, est un moule en deux parties analogue à celui de la figure 2, dont les cavités 9a et 9b ont les dimensions suivantes - longueur : 18,5 mm, - largeur : 6,8 mm, - profondeur : 1,6 mm.
Le canal d'injection est situé dans le plan de joint du moule et il a une longueur de 25 mm et un diamètre de 4 mm.
On réalise l'injection du PPS dans le moule sous une pression d'injection de 2000 kPa à une température de 330 06. L'opération d'injection dure environ 1 s. On laisse ensuite refroidir la matière thermoplastique pendant 3 s et on démoule alors le circuit encapsulé.
On peut graver dans l'empreinte du moule le numéro d'identification du circuit intégré ainsi encapsulé. Cela représente encore un avantage de l'invention par rapport aux systèmes actuels nécessitant un grand nombre de logements dans le-moule et qui obligent à reprendre les circuits encapsulés et à les marquer du numéro correspondant. Dans des applications en grande série et à faible coût, cet avantage est loin d'etre négligeable par l'économie de main d'oeuvre qu'il procure et par le fait qu'il évite des erreurs de numérotage. Au lieu de graver ainsi l'empreinte du moule, on peut y placer un éléw ment interchangeable portant le numéro gravé.

Claims (9)

REVENDICATIONS
1. Procédé d'encapsulation de circuits intégrés, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes a) - introduire dans la cavité (9) d'un moule (cl) en
deux parties le circuit intégré (1), b) - refermer le moule, c) - injecter dans le moule une résine thermoplasti
que dont la viscosité en cisaillement à la tem
pérature T d'injection est de 10 à 100 Pa.s, et d) - démouler le circuit encapsulé après refroidis
sement et solidification de la résine.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résine thermoplastique est choisie dans le groupe comprenant les polysulfures de phénylène, les polyfluorures de vinylidène, les polyéthers-sulfones, le polypropylène, le polychlorotrifluoroéthylène et le poîyétheréthercétone.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on injecte la matière thermoplastique dans le moule par un canal d'injection situé dans le plan de joint dudit moule.
4. Procédé selon 11 une quelconque des re-vendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on réalise l'injection de la résine thermoplastique sous une pression de 200 à 5000 kpa.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on réalise l'injection de la résine thermoplastique à une température de 150 à 350 OC.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on introduit également dans le moule un élément portant un numéro d'identification de façon à graver ce numéro d'identification sur le circuit encapsulé.
7. Dispositif pour encapsuler dans une résine thermoplastique un circuit intégré monté sur sa grille-support, caractérisé en ce qu'il comprend un moule (7) en deux parties muni d'une cavité (9) dont les dimensions sont légèrement inférieures à celles de la grille (3) du circuit intégré (1) à encapsuler, des moyens de manipulation pour introduire le circuit intégré à encapsuler dans la cavité dudit moule, une presse d'injection (13) de la résine thermoplastique dans le moule et des moyens de démoulage du circuit encapsulé.
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le moule comprend un canal d'injection (11) situé dans le plan de joint dudit moule.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'il comme prend une plate-forme mobile (19) supportant plu sieurs moules (71, 72,... 76)agencés sur ladite plate-forme, de façon telle que, lors de la rotation de la plate-forme chacun des moules puisse être associé successivement aux moyens de manipulation des circuits intégrés à encapsuler, à la presse d'injection et aux moyens de démoulage du circuit encapsulé.
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