FR2638894A1 - Dispositif et procede de connexion et de fixation de composants - Google Patents

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Abstract

L'invention a pour objet un dispositif de connexion électrique et de fixation mécanique d'une pluralité de composants 1, 2 dans le cas où chacun de ces composants a la forme d'une lamelle ou d'une plaquette et comporte des zones de connexion sur sa tranche, et où tous les composants ont la même surface. Le dispositif comporte des demi-trous 4 réalisés sur la tranche des composants, les demi-trous des différents composants empilés étant dans le prolongement les uns des autres; certains de ces demi-trous sont recouverts d'une couche 40 d'un matériau conducteur d'électricité; et des segments de fils 5 conducteurs d'électricité, de longueur au moins égale à l'épaisseur totale des composants empilés, sont soudés dans certains des alignements de demi-trous.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE DE CONNEXION ET DE
FIXATION DE COMPOSANTS
La présente invention a pour objet un dispositif et un procédé de connexion électrique et de fixation mécanique de plusieurs composants.
On désigne dans ce qui suit sous le terme général de "composant' tout composant actif ou passif, tout composant discret ou tout ensemble de composants formant un circuit intégré, qui soit susceptible d'avoir sensiblement la forme d'une lamelle ou d'une plaquette et de comporter des zones de connexion. sur la tranche de ladite lamelle ou de ladite plaquette.
Pour réaliser un circuit électrique, il est indispensable de connecter et de fixer divers composants entre eux. De telles connexions et fixations sont d'autant plus délicates que le circuit désiré est complexe et compact et que les composants sont fragiles et miniaturisés. Il est en outre préférable que les connexions soient accessibles après fixation des composants, afin qu'elles puissent être testées, et éventuellement améliorées ou bien refaites.
Des soudures nécessitant de porter l'ensemble des composants â la température de soudure sont fréquemment utilisées pour réaliser ces connexions et fixations. Cependant, les composants peuvent être sensibles à la température et mal supporter d'être portés successivement à différentes températures de soudures. D'autres part, une succession de telles soudures pose un problème de choix des matériaux constituant les diverses soudures : des soudures successives doivent en effet être faites à des températures de plus en plus faibles (pour que la réalisation d'une soudure donnée ne détériore pas les soudures précédentes). Enfin, de telles soudures sont généralement peu accessibles après leur réalisation.
Le dispositif objet de l'invention permet de réaliser simultanément une connexion électrique entre plusieurs composants ayant tous sensiblement la même surface et une fixation mécanique de ces composants les uns par rapport aux autres, de façon simple et compacte, sans porter l'ensemble des composants à une température élevée, et par des moyens qui restent accessibles.
A cet effet, le dispositif obJet de l'invention comporte d'une part des demi-trous réalisés sur la tranche de chacun des composants de façon à ce que les demi-trous des composants empilés soient sensiblement dans le prolongement les uns des autres, et d'autre part des segments de fils conducteurs d'électricité, de longueur au moins égale a l'épaisseur totale de l'empilement de composants, soudés dans des alignements prédéterminés de demi-trous. Le dispositif comporte également une première couche d'un matériau conducteur d'électricité déposée sur la surface de demi-trous prédéterminés. Le dispositif comporte en outre avantageusement des portions d'une seconde couche d'un matériau conducteur d'électricité déposée sur les faces en regard des composants de façon à border ceux des demi-trous qui sont recouverts d'une couche conductrice.
L'invention a plus précisément pour objet un dispositif de connexion électrique et de fixation mécanique d'une pluralité de composants ayant tous sensiblement la même surface, caractérisé en ce qu'il comporte
- des demi-trous réalisés sur la tranche des composants, les demi-trous des différents composants empilés étant sensiblement dans le prolongement les uns des autres et formant ainsi des alignements de demi-trous,
- une première couche d'un matériau conducteur d'électricité déposée sur la surface de demi-trous prédéterminés,
- des segments de fils conducteurs d'électricité de longueur au moins égale à l'epaisseur totale des composants empilés, soudés dans des alignements prédéterminés de demi-trous.
L'invention concerne également un procédé de fabrication de ce dispositif.
Des particularités et différents modes de réalisation de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit, à l'aide des figures annexées qui représentent
- la figure 1, un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention,
- la figure 2, un second mode de réalisation du dispositif selon l'invention,
- la figure 3, un schéma synoptique d'un mode de réalisation du procédé selon l'invention.
Sur ces différentes figures, d'une part. l'échelle réelle n'a pas été respectée, et d'autre part, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments.
La figure I représente une vue en perspective éclatée d'un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Deux composants 1 et 2 qui ont sensiblement la même surface et qui ont par exemple des épaisseurs différentes, sont placés l'un contre l'autre, comme indiqué par les pointilles 3.
A titre d'exemple ces composants sont sensiblement carrés. Des demi-trous 4 sont réalisés de façon standardisée sur la tranche de chacun de ces composants 1 et 2: ces demi-trous sont par exemple sensiblement régulièrement répartis sur la tranche des composants 1 et 2. A titre d'exemple, quatre demi-trous sont réalisés sur chacun des quatre côtés de la tranche de chacun des composants 1 et 2. Les demi-trous du composant 2 sont sensiblement dans le prolongement de ceux du composant 1, comme indiqué par les pointillés 6 (pour ne pas surcharger la figure 1, seule une partie des pointillés 6 suggérant la correspondance entre les demi-trous du composant 1 et ceux du composant 2 ont été représentes).Des segments de fils 5 conducteurs d'électricité, de longueur au moins égale et de préférence sensiblement égale à l'épaisseur totale des deux composants 1 et 2, sont soudés dans des couples prédéterminés de demi-trous, (chacun de ces couples étant constitué d'un demi-trou du composant 1 et d'un demi-trou du composant 2 qui sont sensiblement alignés). De telles soudures sont réalisées sans que l'ensemble des composants 1 et 2 ne soit porté à la température de soudure. Les couples de demi-trous dans lesquels sont soudés des segments de fils 5 sont prédéterminés en fonction de l'application du dispositif selon l'invention, c'est-à-dire en fonction de la connexion désirée entre les composants 1 et 2. De plus, des segments de fils 5 sont soudés en nombre suffisant pour assurer une fixation mécanique entre les deux composants 1 et 2.La surface de demi-trous 4 prédéterminés est recouverte d'une première couche 40 d'un matériau conducteur d'électricité : ces demi-trous sont par exemple métallisés. Les demi-trous qui sont ainsi recouverts d'une couche conductrice sont ceux dans lesquels sont soudés des segments de fils 5 : cette couche conductrice 40 assure en effet un contact électrique entre des zones de connexion du composant 1 ou du composant 2 et un segment de fil 5.Enfin, des portions 7 d'une seconde couche d'un matériau conducteur d'électricité (qui peut être ou non identique à celui constituant la première couche 40) sont de préférence déposées sur les faces en regard des composants 1 et 2 (c'est-à-dire sur les faces 15 et 25) ; ces portions 7 qui sont par exemple sensiblement carrées, bordent ceux des demi-trous qui sont recouverts d'une couche conductrice 40 et dans lesquels sont soudés des segments de fils 5. Ces portions 7 améliorent la connexion électrique entre les deux composants en en augmentant la section offerte aux signaux électriques se propageant d'un composant à l'autre ; les dimensions des portions 7 sont donc susceptibles d'être ajustées en fonction de l'application du dispositif. Chaque portion 7 de l'un des composants est en contact avec une portion 7 de l'autre composant (ce qui relie électriquement les couches conductrices 40 de deux demi-trous qui sont dans le prolongement l'un de l'autre). Un tel contact peut être mal réalisé lorsque les faces en regard des composants 1 et 2 ne sont pas absolument planes. Afin de remédier à un tel défaut, le dispositif objet de l'invention peut être perfectionné au moyen de microvolumes 70 d'un matériau conducteur d'électricité qui sont avantageusement déposés sur les portions 7 et qui sont mis en contact par exemple en étant soudés par compression de façon connue par l'homme de l'art: ces microvolumes 70 sont en effet déposés au moins sur l'une des deux portions 7 qui doivent être en contact l'une avec l'autre.
A titre de premier exemple, les composants 1 et 2 sont des circuits intégrés, et les faces actives de ces circuits intégrés sont respectivement les faces 15 et 25 : les faces actives des circuits 1 et 2 sont face à face; (une telle disposition ne provoque pas de courts-circuits entre les circuits 1 et 2 par exemple grâce à une couche de passivation réalisée sur chacune des faces actives 15 et 25).
A titre de second exemple, les composants 1 et 2 sont encore des circuits intégrés, mais les faces actives de ces circuits intégrés sont respectivement les faces 16 et 26 : les faces actives des circuits 1 et 2 sont dos à dos.
A titre de troisième exemple, le composant 1 est un circuit intégré dont la face active est la face 16, tandis que le composant 2 est un condensateur, comme par exemple un condensateur multicouches, connu en soi par l'homme de métier.
Un tel condensateur peut être avantageusement utilisé pour assurer une fonction de découplage, ainsi qu'il est connu.
La figure 2 représente une vue en perspective éclatée d'un second mode de réalisation du dispositif selon l'invention.
Le dispositif de la figure 2 diffère de celui de la figure 1 en ce qu'il connecte et fixe quatre composants 11, 12, 13 et 14 au lieu de deux, en ce que ces quatre composants ont par exemple sensiblement tous la même épaisseur et sont empilés, en ce que des demi-trous 41, 42, 43 et 44 sont respectivement réalisés sur les tranches des composants 11, 12, 13 et 14 de façon à former des alignements de demi-trous dans lesquels sont soudés des segments de fils 5 conducteurs d'électricité de longueur au moins égale et de préférence sensiblement égale à l'épaisseur totale des quatre composants 11 à 14.Le dispositif de la figure 2 diffère plus notablement de celui de la figure 1 en ce que le dépôt d'une première couche 40 d'un matériau conducteur d'électricité sur la surface de demi-trous prédéterminés n'est réalisé que sur une partie des demi-trous dans lesquels sont soudés des segments de fils 5: en effet. il peut s'avérer nécessaire de ne pas connecter par exemple l'un des quatre composants de l'empilement, mais de connecter par exemple les trois autres.Sur la figure 2, cette situation est illustrée par les éléments de l'alignement A (repéré par une flèche en pointillés): une interconnexion est réalisée entre les zones 14A, 13A et 11A des tranches des composants. mais la zone 12A n'est pas connectée à ces zones 14A, 13A et 11A ; pour ce faire, ladite première couche conductrice 40 n'est déposée que dans les demi-trous des zones 11A, 13A et 14A des composants 11, 13, et 14, mais n'est pas réalisée sur la surface du demi-trou de la zone 12A du composant 2.Comme corollaire de cette restriction sur la détermination des demi-trous qui sont recouverts d'une première couche conductrice 40, les portions 7 d'une seconde couche conductrice ne bordent que ceux des demi-trous qui sont recouverts d'une première couche conductrice 40 : plus précisément, de telles portions 7 ne sont pas réalisées sur les faces du composant 12 autour du demi-trou de la zone 12A. Enfin, à titre d'exemple, les parois 7 de la figure 2 sont semi-circulaires. Le reste de la description de la figure 2 est analogue à celui de la figure 1.
La figure 3 illustre un mode de réalisation du procédé selon l'invention, qui se déroule parallèlement à la fabrication des composants: ceux-ci sont en effet avantageusement réalisés en série sur une ou plusieurs plaques (qui peut ou peuvent être à titre d'exemple en silicium dans le cas où les composants sont des circuits intégrés), et sont ensuite découpés. Pour pouvoir mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, plusieurs composants (qualifiés de "correspondants" dans ce qui suit) ont sensiblement la même surface.
Après la réalisation en série des composants et avant leur découpe, des trous sont percés de façon standardisée dans les plaques le long des chemins de découpe de composants correspondants de façon à ce que les trous percés dans chaque composant soient susceptibles d'être sensiblement dans le prolongement de trous percés dans les autres composants; ceci constitue une étape 8.
La surface interne de trous prédéterminés en fonction de l'application du procédé et suffisamment nombreux pour qu'une fixation mécanique soit assurée entre les composants, est ensuite recouverte d'une première couche d'un matériau conducteur d'électricité (comme par exemple un métal) ce qui constitue une étape 9.
Sur les faces des composants qui sont destinées à être en regard, sont de préférence déposées des portions d'une seconde couche d'un matériau conducteur d'électricité (qui peut être ou non identique à celui recouvrant la surface interne des trous et qui est également par exemple un métal); ces portions sont déposées de façon à border ceux des trous qui sont recouvert d'une première couche conductrice et sont telles qu'elles puissent former des couples de portions conductrices en vis-à-vis après l'étape il d'empilement des composants ; ces portions sont qualifiées d'oeillets sur la figure 4, bien qu'elles puissent avoir n'importe quelle forme géométrique simple éventuellement non circulaire, comme par exemple une forme carrée ; cette opération constitue une étape facultative 10.Cette étape facultative 10. peut avantageusement inclure un dépôt de microvolumes d'un matériau conducteur d'électricité sur les portions conductrices : de tels microvolumes sont déposés de part et d'autre des chemins de découpe au moins sur l'une des deux portions de chaque couple de portions conductrices destinées à être en vis-à-vis.
Après cela, les composants sont découpés, ce qui assure en particulier la réalisation de demi-trous sur leurs pourtours. Cette découpe est grandement facilitée par la présence de trous sur les chemins de découpe : une telle découpe peut ainsi être réalisée par rupture mécanique des portions des plaques initiales qui se trouvent entre les trous.
Les composants correspondants sont ensuite empilés de façon à ce que les demi-trous formés soient sensiblement dans le prolongement les uns des autres, ce qui constitue une étape 11.
Enfin, des segments de fils conducteurs d'électricité sont disposés et soudés dans chacun des alignements de demi-trous obtenus. Ces segments ont une longueur au moins égale et de préférence sensiblement égale à l'épaisseur totale de l'empilement de composants. Leur soudure est par exemple réalisée individuellement, ou par exemple réalisée globalement (soit côté par côté du pourtour des composants, soit en une seule opération, mais sans porter ltensemble des composants à la température de soudure). Ceci constitue une étape 12. Dans le cas ou des microvolumes conducteurs ont été déposés sur les portions 7, cette étape 12 comporte également une mise en contact, par exemple par soudure par compression, soit des microvolumes situés sur des portions conductrices en vis-à-vis (dans le cas où chacune des deux portions d'un couple de portions conductrices en vis-à-vis comporte un microvolume) > soit de microvolumes et des portions conductrices qui leur font face (dans le cas où seule l'une des deux portions d'un couple de portions conductrices en vis-à-vis comporte un microvolume).
La portée de l'invention ne se limite pas strictement aux différents modes de réalisation décrits. En particulier, toute extension des modes de réalisation illustrés par les figures 1 et 2 rentre dans le cadre de l'invention.

Claims (12)

REVENDICATIONS
1. Dispositif de connexion électrique et de fixation mécanique d'une pluralité de composants (1, 2 ; 11, 12; 13, 14) ayant tous senslbkmént la même surface, caractérisé en ce qu'il comporte
- des demis-trous (4 ; 41, 42, 43, 44) réalisés sur la tranche des composants, les demi-trous des différents composants empilés étant sensiblement dans le prolongement les uns des autres et formant ainsi des alignements de demi-trous
- une première couche (40) d'un matériau conducteur d'électricité déposée sur la surface de demi-trous prédéterminés
- des segments de fils (5) conducteurs d'électricité de longueur au moins égale à l'épaisseur totale des composants empilés, soudés dans des alignements prédéterminés de demi-trous.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les demi-trous dont la surface est recouverte par ladite première couche (40) sont tous ceux faisant partie des alignements prédéterminés de demi-trous.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les demi-trous dont la surface est recouverte par ladite première couche (40) sont parmi ceux faisant partie des alignements prédéterminés de demi-trous.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des portions (7) d'une seconde couche d'un matériau conducteur d'électricité, déposées sur les faces en regard des composants (1, 2 ; 11, 12, 13, 14) et bordant ceux des demi-trous (4) qui sont recouverts de ladite première couche (40).
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des microvolumes (70) d'un matériau conducteur d'électricité, déposes sur des portions (7) de ladite seconde couche conductrice, et assurant un contact entre celles de ces portions (7) qui sont en vis-à-vis.
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il connecte et fixe deux composants (1, 2) qui sont des circuits intégrés.
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il connecte et fixe deux composants (1, 2) qui sont respectivement un circuit intégré (1) et un condensateur (2).
8. Procédé de fabrication d'un dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte
- après fabrication d'au moins une plaque comportant une pluralité de composants correspondants, une étape (8) de perçage de trous sur les chemins de découpe des composants correspondants de la plaque, les trous percés dans chaque composant étant susceptibles d'être sensiblement dans le prolongement de trous percés dans les autres composants,
- une étape (9) de revêtement de la surface interne de trous prédéterminés au moyen d'une première couche d'un matériau conducteur d'électricité,
- après découpe des composants correspondants de la plaque, une étape (11) d'empilement de ces composants assurant sensiblement la formation d'alignements de demi-trous des différents composants,
- une étape (12) de disposition et de soudure de segments de fils conducteurs d'électricite de longueur au moins égale à l'épaisseur totale de l'empilement de composants dans des alignements prédéterminés de demi-trous.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les segments de fils sont disposés puis soudés l'un après l'autre.
10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que plusieurs segments de fils sont disposés et soudés en même temps.
11. Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte en outre, avant la découpe des composants correspondants et après l'étape (9) de revêtement de trous, une étape (10) de dépôt sur les faces des composants destinées à être en regard de portions d'une seconde couche d'un matériau conducteur d'électricité, ces portions bordant ceux des trous qui sont recouverts de ladite première couche conductrice.
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que étape (10) de dépôt desdites portions conductrices inclut en outre un dépôt de microvolumes d'un matériau conducteur d'électricité sur ces portions conductrices, et en ce que l'étape (12) de disposition et de soudure des segments de fils inclut en outre une mise en contact de microvolumes situés en vis-à-vis ou de microvolumes et de portions conductrices situés en vis-à-vis.
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