FR2658661A1 - Empilage de modules de circuits integres. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne 'un dispositif pour fabriquer un module de circuit intégré à partir d'un certain nombre de feuilles empilées. Selon l'invention, il comprend une base (32) sur laquelle les feuilles sont empilées pour former une pile ayant une surface supérieure, un moyen solide de pressurisation (54) disposé face aux feuilles empilées, et fait en un matériau qui se déforme pour se conformer à la surface supérieure des feuilles empilées sous pression mais qui retourne sensiblement à son état non déformé en l'absence de pression et une membrane (60) de transfert de pression entre le moyen de pressurisation et la surface supérieure de la pile de feuilles qui est suffisamment flexible pour se conformer à la surface supérieure de la pile de feuilles, la membrane (60) ayant une première couche adjacente aux feuilles empilées qui n'adhère pas avec les feuilles empilées et une seconde couche adjacente au moyen de pressurisation qui empêche le contact entre lui et les feuilles empilées. L'invention s'applique notamment aux circuits intégrés.
Description
i La présente invention se rapporte à la préparation de modules de
circuits intégrés empilés et, plus particulièrement, à la formation de tels modules à partir
d'une pile de feuilles.
Les circuits intégrés sont des dispositifs électroniques qui sont extrêmement miniaturisés, donc des centaines ou même des milliers de circuits individuels et éléments actifs sont formés sur une pastille qui peut n'avoir que 12 mm de côté La réduction de taille de tels circuits réduit leur poids et leur volume et augmente également leur vitesse de fonctionnement parce que les distances que les électrons doivent parcourir sont réduites La large adoption des circuits intégrés a
révolutionné de nombreux domaines de l'électronique.
Les circuits intégrés eux-mêmes sont extrêmement petits et fragiles Il faut par conséquent les emballer et les protéger d'une manière qui permet d'effectuer les connexions électriques externes et qui permet aux circuits intégrés d'être manipulés d'une façon normale pendant l'assemblage et la réparation des dispositifs électroniques pouvant utiliser un ou plusieurs de tels
circuits intégrés conditionnés.
Une tentative courante au conditionnement des circuits intégrés consiste à monter les circuits sur un substrat en céramique que l 7 on peut appeler "module' dans l'industrie Dans les modules les plus antérieurs, il n'y avait qu'une seule couche de céramique Plus récemment, tandis que les circuits intégrés sont devenus de plus en plus complexes, les modules sont devenus également plus complexes Maintenant, certains modules sont formés de deux couches ou plus de céramique, les diverses couches étant traversées d'ouvertures pour permettre des connexions entre les couches et une variété de fonctions complexes du module lui-même qui augmentent la fonction du circuit intégré et permettent les diverses interconnexions
externes et internes requises et les trajets de circuit.
Dans un processus pour la préparation de modules en céramique multicouches, des feuilles d'une céramique non cuite dans un liant en plastique (appelée céramique "verte") ayant une relativement faible densité comme -60 % de la densité théroriquement totalement tassée sont traitées pour présenter des voies et contacts métalliques, sont coupées et égalisées pour avoir les formes nécessaires, comprenant les ouvertures qui les traversent, puis empilées les unes sur les autres à la bonne séquence et au bon alignement Un outil chauffé, ayant la forme appropriée de la surface supérieure du module céramique final, est pressé vers le bas contre la surface de la pile, forçant les feuilles à se consolider à environ 60-65 % de la densité théorique et les forçant également à coller ensemble Le module tassé est alors cuit à température élevée pour augmenter sa densité à environ 96 % de la densité théorique, qui est suffisamment forte pour supporter le circuit intégré Le circuit intégré est fixé à la surface du module, les connexions électriques sont faites et un recouvrement protecteur est scellé en place, pour ainsi terminer la fabrication du
circuit intégré en module ou conditionné.
Tandis qu'il est utilisable, ce processus est sujet à des variations qui peuvent affecter la qualité du produit conditionné final Il est difficile de contrôler la distribution de pression dans l'outil métallique de pression, avec pour résultat que différentes portions du module sont comprimées de différentes quantités Les portions les plus fortement comprimées rétrécissent moins que les portions moins comprimées, avec pour résultat que le module a tendance à se déformer De même, il peut y avoir de petites variations, d'un article à l'autre, des épaisseurs des feuilles empilées et l'outil rigide n'est
pas bien adapté à de telles variations.
Des variantes ont été proposées pour améliorer l'uniformité des modules et la capacité du traitement pour tolérer une variabilité normale de fabrication Dans une tentative, révélée dans le brevet US 4 636 275, l'outil rigide est remplacé par un fluide sous pression Le fluide est enfermé dans une vessie en caoutchouc ou autre élastomère qui contacte la surface supérieure de la pile de feuilles Tandis que le fluide est mis sous pression, la vessie se déforme contre la surface supérieure de la
pile, pour la comprimer.
La tentative du brevet N O 4 636 275 permet de résoudre certains des problèmes inhérents à l'utilisation
des outils rigides mais pose des problèmes en elle-même.
La présence d'un fluide nécessite des joints et des précautions pour empêcher une fuite qui pourrait endommager les feuilles empilées Si la vessie est trop mince, des trous d'épingles apparaissant pendant une flexion répétée en utilisation permettront au fluide de fuir La fuite des fluides est un problème particulièrement insidieux, parce que de très petites fuites par des trous d'épingles que l'on ne peut facilement détecter peuvent contaminer de nombreux modules par des quantités de l'ordre du microgramme du fluide de mise sous pression avant que la fuite ne soit détectée Le fabricant doit alors faire face au problème de l'identification des pièces contaminées ou bien il doit jeter suffisamment des pièces pour être sûr qu'il ne restera pas de pièces contaminées dans le lot de production Si la vessie est épaisse pour minimiser les risques de fuites, elle peut ne pas se conformer aux petites ouvertures de la pile ou peut provoquer un
arrondissement inacceptable des bords des ouvertures.
L'expérience avec des vessies en caoutchouc utilisées dans d'autres contextes suggère qu'une vessie suffisamment épaisse pour contenir en toute fiabilité le fluide de mise sous pression n'atteindra pas les petites ouvertures de passage d'environ 0,25-1,27 mm de diamètre et arrondiront également les coins des plus grandes ouvertures Par ailleurs, la vessie peut capturer des poches d'air autour de l'empilage qui empêchent une consolidation complète Un autre problème avec les vessies réside dans le fait que les matériaux pouvant contenir des fluides sont souvent un peu collants au toucher et peuvent coller aux empilages non cuits Cela a pour résultat que le module peut se
séparer lorsque la vessie est enlevée après pression.
Dans une autre tentative, certains fabricants utilisant soit les outils rigides ou bien le fluide ont inséré des pièces séparées d'outillage dans la pile des feuilles On a trouvé que des groupes multiples d'insert étaient requis à cause de la variabilité normale de
fabrication des feuilles précédemment décrites.
L'insertion et le positionnement des pièces d'outillage sont longs et cela augmente de manière importante le prix du module final en ralentissant le débit du processus
d'empilage.
Ainsi, actuellement, une tentative perfectionnée à la compression des feuilles utilisées dans des modules pour microcircuits est une nécessité La tentative doit permettre d'atteindre les avantages possibles avec les divers processus précédemment développés d'empilage sans incorporer leurs inconvénients La présente invention remplit cette nécessité et offre de plus d'autres avantages. La présente invention offre un procédé et un dispositif pour l'empilage de modules de microcircuits à partir de piles de feuilles qui ont été au préalable imprimées et coupées à la forme La tentative offre une pression quasi-hydrostatique pour l'empilage qui s'est révélée utilisable pour consolider des piles de feuilles ayant des ouvertures à travers les couches n'atteignant que 0,50 mm, sans arrondir les bords La tentative permet les variations normales de l'épaisseur des feuilles ainsi
que de leur qualité, et un seul dispositif est requis.
L'on n'utilise pas de fluide et il n'y a aucun danger de fuite ou de contamination des modules La tentative est utilisable dans un contexte de production pour le traitement des modules empilés, de manière rapide et à
faible prix.
Selon l'invention, un appareil pour la fabrication d'un module de circuit intégré à partir d'un certain nombre de couches de feuilles empilées comprend une base sur laquelle les feuilles sont empilées pour former une pile ayant une surface supérieure; un moyen solide de pressurisation disposé en relation face à face avec les feuilles empilées, le moyen de pressurisation étant fait d'un matériau qui se déforme pour se conformer à la surface supérieure de la pile des feuilles sous pression mais qui retombe sensiblement à son état non déformé en l'absence de pression; et une membrane de transfert de pression entre le moyen de pressurisation et la surface supérieure de la pile des feuilles, qui est suffisamment flexible pour se conformer à la surface supérieure de la pile de feuilles, la membrane de transfert de pression ayant une première couche adjacente aux feuilles qui n'adhère pas aux feuilles et une seconde couche adjacente au moyen de pressurisation qui empêche un contact entre le
moyen de pressurisation et les feuilles.
Le moyen solide de pressurisation est de préférence un bloc de caoutchouc de polyuréthane fait d'un matériau de marque Sorbothane (marque déposée) Un tel matériau peut se conformer à la surface supérieure de la pile des feuilles De préférence, le moyen de pressurisation est retenu par un diaphragme en latex dans une cavité d'un outil de pressurisation faisant face à la surface supérieure de la pile de manière que le moyen de pressurisation soit déplacé de façon contrôlable en
contact avec la pile des feuilles puis en soit enlevé.
Certains matériaux que l'on connaît actuellement pour une utilisation pour le moyen de pressurisation ont un degré d'adhésivité ou de viscosité, donc ils colleraient à la surface de la pile des feuilles en l'absence de la membrane de transfert de pression La membrane préférée de transfert de pression a deux couches, la première couche adjacente a la pile formée d'un matériau tel qu'un caoutchouc de silicone qui n'a pas d'adhésivité et sert d'agent de libération et une seconde couche entre la première couche et le moyen de pressurisation, telle qu'une couche d'un caoutchouc d'uréthane qui sépare le moyen de pressurisation des feuilles Chacune des couches a environ 0,381 mm d'épaisseur dans la tentative préférée, ce qui est suffisamment mince pour permettre la pression d'ouvertures de petit diamètre comme les interconnexions entre couche sans provoquer un arrondissement des bords des ouvertures grandes ou petites Comme le moyen de pressurisation est un solide, il n'y aucune possibilité d'une fuite de fluide
de l'appareil sur les feuilles.
On a trouvé que des bulles d'air piégées entre la membrane de transfert de pression et la pile des feuilles pouvaient empêcher localement une liaison La base du dispositif préféré est, par conséquent, intentionnellement rendue poreuse, par exemple, en la fabriquant en un acier inoxydable fritté Un vide est appliqué au-dessous de la base pour attirer le gaz de la région entre les feuilles et la membrane, évitant ainsi de tels décollages locaux
induits par le gaz.
La présente tentative peut bien entendu s'appliquer à des cas o le moyen solide de pressurisation n'est pas collant Selon cet aspect de l'invention, un dispositif pour fabriquer un module de circuit intégré à partir d'un certain nombre de couches comprend une base sur laquelle les couches sont empilées; et un moyen solide de pressurisation disposé en relation face à face avec les couches empilées, le moyen de pressurisation étant fait en un matériau qui se déforme pour se conformer à la surface supérieure de la pile de feuilles sous pression mais retourne sensiblement à son état non déformé
en l'absence de pression.
La membrane de transfert de pression de la présente invention a une large applicabilité Selon cet aspect de l'invention, un dispositif pour la fabrication d'un module de circuit intégré, à partir d'un certain nombre de couches, comprend une base sur laquelle des feuilles sont empilées; un moyen de pressurisation disposé en relation face à face avec les feuilles empilées et une membrane de transfert de pression entre le moyen de pressurisation et la pile de feuilles, qui est suffisamment flexible pour se conformer à la surface supérieure de la pile de feuilles, la membrane de transfert de pression ayant une première couche adjacente aux feuilles empilées qui n'adhère pas aux feuilles empilées et une seconde couche adjacente au moyen de pressurisation qui empêche le contact entre le moyen de
pressurisation et les feuilles empilées.
La présente invention s'étend également au procédé d'utilisation de la tentative de l'invention pour préparer des modules de circuit intégré à partir de feuilles empilées Selon cet aspect de l'invention, un procédé pour presser des modules de circuits intégrés comprend les étapes de prévoir une pile de feuilles à presser; de prévoir un moyen de pressurisation adapté à presser contre la pile des feuilles; de placer une membrane de transfert de pression pour recouvrir au moins une portion de la pile des feuilles, la membrane de transfert de pression ayant une première couche adjacente aux feuilles empilées qui n'adhère pas aux feuilles empilées et une seconde couche adjacente au moyen de pressurisation qui empêche le contact entre le moyen de pressurisation et les feuilles empilées, la membrane de transfert de pression étant suffisamment flexible pour se conformer à la surface supérieure de la pile des feuilles empilées sous pression et d'appliquer une pression au moyen de pressurisation qui est, de là, transférée à la pile des feuilles à travers la membrane de transfert de pression Dans l'usage préféré du procédé, le moyen de pressurisation est un matériau solide qui se déforme pour se conformer à la surface supérieure de la pile des feuilles sous pression mais qui retourne sensiblement à son état non déformé en
l'absence de pression, comme du Sorbothane.
La présente invention offre ainsi une avance importante dans la fabrication des modules multicouches utilisés pour le support des circuits intégrés Les modules sont pressés et consolidés d'une manière quasi-hydrostatique qui permet d'obtenir une compression uniforme qui mène à une distribution uniforme de densité sans arrondir les coins et sans fermer les petites ouvertures Aucun fluide, pouvant éventuellement fuir, n'est utilisé dans l'opération de pression La tentative est utilisable dans une opération de fabrication à grande
échelle.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci
apparatîtront plus clairement au cours de la description
explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe latérale d'un module en céramique; la figure 2 est une vue en coupe latérale d'un dispositif de pression; et la figure 3 est un détail de la figure 2 montrant l'agencement et la construction de la membrane de
transfert de pression.
La figure 1 illustre un module en céramique 10 du type qui peut être pressé en utilisant la tentative de l'invention Le module 10 est formé d'un certain nombre, dans ce cas trois, feuilles empilées 12 en matière céramique non consolidée Les feuilles empilées sont formées en préparant des feuilles d'oxyde de céramique comme de l'oxyde d'aluminium et de petites quantités d'oxydes formant du verre, en mélange avec un liant organique tel que le polyvinyl butyral Un mélange typique contient environ 90 % en poids des poudres d'oxyde de céramique et 10 % en poids du liant, bien que ces quantités relatives puissent varier Les feuilles ont une densité d'environ 2,1 grammes par centimètre cube en comparaison avec une densité d'environ 4,0 grammes par
centimètre cube pour l'oxyde d'aluminium totalement dense.
Ainsi, les feuilles, appelées matériau "vert" ont une densité qui dépasse juste 50 % de la densité complète
théorique de l'oxyde d'aluminium.
Comme le montre la figure 1, les feuilles 12 sont empilées les unes sur les autres pour former une pile 14 de feuilles La feuille du dessous est une feuille pleine, pour supporter un circuit intégré 16 Les autres feuilles sont traversées d'ouvertures 18 et 20, dont certaines restent ouvertes (comme l'ouverture 18) tandis que d'autres sont remplies de métal dans le traitement final (comme l'ouverture 20) Les feuilles individuelles peuvent avoir des trajets conducteurs 22, qui sont connectés au circuit intégré 16 par des fils fins 24 (La structure empilée de la figure 1 est considérée comme étant un exemple et la présente invention n'est pas limitée à la préparation des structures empilées de cette forme particulière). Avant que le circuit intégré 16 et les fils 24 ne soient attachés au module 10, les feuilles empilées 12 sont consolidées en pressant les feuilles à l'état vert pour augmenter leur densité à environ 60-65 % de la densité théorique puis sont frittées pour augmenter leur densité à environ 96 % de la densité théorique La pression pour obtenir 60-65 % de la densité théorique a au préalable été atteinte avec un outil rigide dont la surface est l'image miroir de la surface supérieure 26 du module 10 ou bien avec une vessie remplie de fluide comme cela est décrit dans le brevet US 4 636 275, dont la divulgation est incorporée par référence La présente tentative traite également l'opération de pression, mais
offre une autre voie.
Selon cet aspect de l'invention, un dispositif pour fabriquer un module de circuit intégré à partir d'un certain nombre de couches de feuilles empilées comprend une base poreuse sur laquelle sont empilées les feuilles pour former une pile ayant une surface supérieure; un outil de pressurisation contenant une cavité placée en relation face à face avec la surface supérieure de la pile des feuilles; un support solide de pressurisation comprenant un corps fait de Sorbothane qui est retenu dans la cavité de l'outil de pressurisation par un diaphragme en latex; une membrane de transfert de pression recouvrant les feuilles empilées, la membrane ayant une première couche adjacente aux couches empilées, faite d'un caoutchouc de silicone, et une seconde couche adjacente au moyen de pressurisation faite de caoutchoue d'uréthane; et une pompe communicant avec la base poreuse pour enlever l'air de l'espace entre la membrane et la pile des feuilles. En se référant à la figure 2, un dispositif 30 pour fabriquer un module de circuit intégré a une base 32 1 1 sur laquelle repose la pile 14 des feuilles 12, avant consolidation en pressant La base 32 est faite d'une matière poreuse comme de l'acier inoxydable fritté ayant une porosité continue La base 32 repose sur un support 34 ayant une ligne d'évacuation 36 menant à une pompe à vide 38 Les bords de la base poreuse 32 sont hermétiques vis-à-vis d'une perte d'air et l'espace entre la base 32 et le support 34 est de même rendu hermétique au moyen d'un agent d'étanchéité 40 comme du verre, un époxy ou un métal Le fonctionnement de la pompe 38 élimine par conséquent le gaz de la région de la pile 14 à la manière
décrite subséquemment.
Un outil de pressurisation 42 s'adapte sur la base
32, et il y est scellé par un joint torique coulissant 44.
L'outil 42 a généralement la forme d'un bloc de métal 46 ayant une cavité 48 La cavité 48 est latéralement dimensionnée pour être suffisamment plus grande que les dimensions latérales de la base 32 de manière que l'outil 42 puisse s'adapter sur la base 32 Une fixation amovible de serrage 50 est attachée au-dessous du bloc de métal 46 au moyen de toute attache pratique, comme une série de
boulons 52.
Un bloc d'un moyen solide de pressurisation 54 est contenu dans la cavité 48 Le moyen solide de pressurisation est de préférence fait en une matière élastomère de Sorbothane, fabriquée par Sorbothane, Inc, 2144 State Route 59, Kent, Ohio, EUA Sorbothane est breveté et sa composition et sa structure sont révélées dans le brevet US 4 346 205 dont la divulgation est incorporée ici par référence En bref, selon le brevet 4 346 205, la matière élastomère est un polyuréthane flexible de structure essentiellement linéaire contenant des groupes hydroxyles insaturés ayant une déformation permanente à la compression inférieure à 15 %, un allongement à la rupture d'au moins 500 % et une récupération qui est retardée après compression d'au moins 0,7 seconde L'élastomère est produit par réaction de polyols sensiblement linéaires à base de polyalkylène glycole d'un poids moléculaire moyen compris entre 600 et 1200 et d'un diisocyanate aromatique Sorbothane a au préalable été utilisé comme matériau absorbant l'énergie, comme cela est décrit dans le brevet 4 346 205, mais on ne connaît aucune utilisation antérieure identique à celle de
la présente invention.
La matière élastomère de Sorbothane est un solide mais peut être déformée autour de la pile 14 pour appliquer une pression quasi-hydrostatique lors d'un confinement dans un volume tel que celui défini par les parois de la cavité 48, la surface supérieure 26 de la pile 14 et la base 32 Un niveau typique de pression est d'environ 34,45 bars bien que la pression puisse être largement changée selon la nécessité Bien que le matériau de Sorbothane se comprime un peu à un tel niveau de pression, le changement de volume est relativement petit et acceptable Une telle pression est créée en forçant l'outil 42 vers le bas sur la vue de la figure 2 Quand la pression est supprimée, le matériau de Sorbothane reprend sensiblement la même forme que celle qu'il avait avant déformation Pendant l'opération de pression, la totalité du dispositif 30 est chauffée à une température d'environ 700 C par un réchauffeur à résistance 56 qui est placé autour du dispositif Le matériau de Sorbothane conserve le propriétés précédemment décrites à ces températures
légèrement élevées.
Bien que Sorbothane puisse se déformer puis retourner à sa forme d'origine, il reste un solide pendant toute l'opération Sorbothane solide doit se distinguer d'un fluide, qu'il soit liquide ou gazeux, qui change de forme pour remplir un récipient (ou une portion d'un récipient dans le cas d'un liquide), même en l'absence d'une force appliquée Le matériau de Sorbothane ne peut fuir même lorsque des trous sont présents dans une couche
de recouvrement car il reste un solide en tout moment.
Cette distinction entre le matériau de Sorbothane solide et un fluide est importante parce que le matériau de Sorbothane n'est pas sujet à des problèmes de fuite inhérents à l'utilisation des fluides dans les opérations
de pression.
On peut utiliser d'autres matériaux solides ayant des propriétés similaires Par exemple, des blocs d'uréthane peuvent être utilisés pour le moyen de pressurisation 54 Des mousses très compressibles ne seraient normalement pas acceptables car le changement de volume pendant la pressurisation ne permettrait pas à
l'outillage de bien fonctionner.
Le moyen solide de pressurisation 54 en Sorbothane est maintenu en place dans la cavité 48 par un diaphragme flexible déformable 58 dont les bords sont capturés entre le bloc du matériau 46 et la fixation 50 Le diaphragme 58 est de préférence formé d'une feuille d'un caoutchouc latex naturel ou artificiel Une feuille d'environ 0,381 mm d'épaisseur s'est révélée satisfaisante Un caoutchouc latex est préféré pour le diaphragme 58 parce qu'il se déforme autour de la pile 14 et qu'il peut être intensément étendu sans rupture pendant la pression Quand la pression est supprimée, il retourne à sa forme de diaphragme plat d'origine comme le matériau de Sorbothane du moyen de pressurisation 54 retourne à sa forme d'origine et continue à retenir le moyen de pressurisation 54 dans la cavité 48 Le diaphragme 58 en latex peut être localement percé, par exemple au moyen de trous d'épingle ou de déchirures, pendant son utilisation sur certaines périodes de temps Une telle dégradation est totalement acceptable tant que le moyen solide de pressurisation 54 continue à être maintenu en place Comme le moyen de pressurisation est un solide, le diaphragme 58 n'a pas
besoin d'avoir une fonction de retenue du liquide.
Une membrane 60 de transfert de pression est placée sur la pile 14, entre la surface supérieure 26 de la pile 14 et le moyen de pressurisation 54 De préférence, la membrane 60 est drapée sur la pile 14 à la manière illustrée à la figure 3 La membrane 60 n'est pas capturée entre le bloc 46 et la fixation 50 comme dans le cas du diaphragme 58 Le drapement de la membrane 60 lui permet de se déplacer latéralement pour le réajustrement de sa position tandis que la pression est appliquée à la surface supérieure 26 de la pile 14 par le moyen de
pressurisation 54.
Comme cela est également illustré à la figure 3, le membrane de transfert de pression 60 est de préférence formée de deux couches d'un matériau déformable, une première couche 62 qui contacte la surface supérieure 26 de la pile 14 des feuilles 12 et une seconde couche 64 qui est entre la première couche 62 et le diaphragme 58 et le moyen de pressurisation 54 La première couche 62 est de préférence faite d'un caoutchouc de silicone et mieux a une épaisseur d'environ 0,381 mm La seconde couche 64 est de préférence faite d'un caoutchouc d'uréthane et elle a
de préférence une épaisseur d'environ 0,381 mm.
La première couche 62 sert de couche de libération, pour empêcher l'adhérence entre la membrane 60 de transfert de pression et la surface supérieure 26 des feuilles empilées 12 Le caoutchouc de silicone est bien connu dans l'industrie et il est commercialement disponible en feuilles de diverses épaisseurs On le forme généralement par réticulation de silicones avec des groupes tels que des peroxydes organiques Les silicones sont des structures de polymères linéaires dérivées de siloxanes par substitution d'un groupe organique comme le groupe méthyl aux atomes d'oxygène du siloxane au-dessus et en dessous de l'atome de silicium Du chlore ou
d'autres halogènes sont souvent couramment incorporés.
Pour la présente application, un caoutchouc de silicone a la propriété importante d'avoir peu d'adhésivité ou de viscosité vis-à vis des matériaux des feuilles empilées comme des feuilles empilées d'oxyde d'aluminium Ainsi, avec une première couche 62 d'un caoutchouc de silicone, les couches qui recouvrent ne collent pas à la surface supérieure 26 des feuilles empilées 12 Les caoutchoucs de silicone ne se déforment pas énormément sans formation de trous d'épingle, mais les trous d'épingle sont acceptables dans le présent usage, tant que la fonction essentielle de
séparation est maintenue.
La seconde couche 64 sert de barrière entre le diaphragme 58 et le moyen de pressurisation 54, d'une part, et la surface supérieure 26 des feuilles 12, de l'autre Un caoutchouc d'uréthane, le matériau préféré, est bien connu Le caoutchouc d'uréthane est formé de polyuréthane, le polymère linéaire par condensation, que l'on peut produire par réaction d'un diisocyanate et d'un alcool dihydrique Les polyuréthanes sont caractérisés par
la présence du groupe uréthane (-NHCOO-) dans le polymère.
Les caoutchoucs d'uréthane sont très élastiques et flexibles et peuvent se déformer de façon importante et sur de nombreux cycles, sans formation de trous ou de déchirures Les caoutchoucs d'uréthane ont également la propriété d'être typiquement légèrement visqueux vis-à-vis des matériauxde céramique comme les feuilles d'oxyde d'aluminium La première couche 62 sépare le caoutchouc d'uréthane de la surface supérieure 26 des feuilles 12 de manière que le caoutchouc d'uréthane n'adhère pas avec la céramique pour l'endommager lors de la détente de la pression Les caoutchoucs de latex ne sont pas souhaités pour la seconde couche 62 parce qu'ils ont tendance à se fatiguer et à former des trous pendant des cycles répétés d'opération Les caoutchoucs de silicone ne sont pas préférés pour la seconde couche 62 parce qu'ils ne sont
pas suffisamment élastiques.
La membrane de transfert de pression 60, telle qu'elle a été décrite ici, s'est révélée être particulièrement avantageusement employée dans le présent dispositif 30 Elle peut se déformer dans des ouvertures n'ayant qu'environ 0,50 mm ou moins pour empêcher la fermeture des ouvertures pendant la compression La combinaison de la membrane de transfert de pression 60 et du moyen de pressurisation 54 s'est révélée ne pas arrondir les bords des ouvertures telles que les ouvertures 18 et 20 pendant l'opération de compression, avantage important qui aide au maintien des géométries précises pendant les opérations de pression et de frittage subséquentes. Pour préparer un module utilisant la tentative de l'invention, la pile 14 de feuilles non consolidées est d'abord préparée en utilisant des techniques connues (la préparation des feuilles ellesmêmes ne fait pas partie de la présente invention) La pile 14 est alors placée dans le dispositif 30 de l'invention avec la membrane 60 en place, drapée sur la pile 14, et le dispositif est fermé
en plaçant l'outil de pressurisation 42 sur la base 32.
L'intérieur du dispositif est de préférence évacué au moyen de la pompe à vide 38, à la manière précédemment décrite, de manière que l'intérieur soit sous un léger vide Un vide poussé n'est pas requis car le vide a simplement pour but d'assurer que des bulles de gaz ne resteront pas entre les feuilles ou entre la membrane de transfert de pression 60 et les feuilles Ces bulles
pourraient empêcher la consolidation ou la liaison.
L'opération de pompage pourrait être omise dans certains
cas, bien qu'elle soit préférable.
Le bloc 46 est pressé vers le bas à une force suffisante pour créer la pression souhaitée à l'intérieur du dispositif et est simultanément chauffé Une combinaison préférée de température et de pression pour la consolidation des couches empilées d'oxyde d'aluminim est de 700 C et de 34,4 bars Au bout d'environ 10-15 secondes, la pression est détendue et la pile partiellement consolidée 14 est enlevée Le traitement de pressurisation à température élevée augmente la densité des feuilles d'environ 50-55 % de la densité théorique à environ l O 60-65 % de la densité théorique Le traitement de pressurisation force également les feuilles 12 à coller ensemble suffisamment, de manière que la pile puisse être
manipulée pendant l'étape suivante de production.
La pile 14 est frittée selon des processus établis pour augmenter la densité à environ 96 % de la densité théorique (le traitement de frittage ne fait pas partie de la présente invention) Un traitement typique de frittage est à une température de 16000 C pendant 90 minutes, sans pression appliquée Le module est prêt pour un plus ample traitement, par exemple l'addition de contacts accessibles de l'extérieur, la fixation du circuit intégré et le
traitement final comme la fixation des fils conducteurs.
La présente tentative peut facilement s'appliquer à un ensemble de production Un certain nombre de bases et de piles peuvent être préparées pour le traitement en une fois ou bien les piles peuvent être pressées à raison d'une à la fois Le processus est essentiellement aussi rapide que la compression au moyen d'une matrice rigide mais est tolérant des variations de fabrication dans la configuration et l'épaisseur des piles individuelles des couches Le dispositif 30, ayant à la fois le moyen solide de pressurisation et la membrane de transfert de pression,
peut être réutilisé pour de nombreux cycles d'opérations.
Claims (14)
1 Dispositif pour fabriquer un module de circuit intégré à partir d'un certain nombre de couches de feuilles empilées, caractérisé en ce qu'il comprend une base ( 32) sur laquelle les feuilles sont empilées pour former une pile ayant une surface supérieure; un moyen solide de pressurisation ( 54) disposé en relation face à face avec les feuilles empilées, le moyen de pressurisation étant fait d'un matériau qui se déforme pour se conformer à la surface supérieure de la pile des feuilles sous pression mais qui retourne sensiblement à son état non déformé en l'absence de pression; et une membrane de transfert de pression ( 60) entre le moyen de pressurisation et la surface supérieure de la pile de feuilles, qui est suffisamment flexible pour se conformer à la surface supérieure de la pile de feuilles, la membrane de transfert de pression ayant une première couche adjacente aux feuilles empilées qui n'adhére pas avec les feuilles empilées et une seconde couche adjacente au moyen de pressurisation qui empêche un contact entre le
moyen de pressurisation et les feuilles.
2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un moyen ( 38) pour éliminer l'air de l'espace entre la membrane et la
pile de feuilles.
3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la base ( 32) est poreuse de manière que l'air puisse être enlevé de l'espace entre la membrane
et la pile de feuilles.
4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen solide de pressurisation
( 54) est un matériau élastomère Sorbothane.
Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première couche de la membrane
( 60) est faite d'un caoutchouc de silicone.
6 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de la première couche de la membrane ( 60) est d'environ 0,381 mm. 7 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde couche de la membrane
( 60) est faite d'un caoutchouc d'uréthane.
8 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de la seconde couche de
la membrane ( 60) est d'environ 0,381 mm.
9 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un outil ( 42) de pressurisation ayant une cavité ( 48) en relation face à face avec la surface supérieure de la pile de feuilles et en ce que le moyen solide de pressurisation est retenu
dans la cavité.
Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le moyen solide de pressurisation ( 54) est retenu dans la cavité par un diaphragme ( 58) d'un
catouchouc latex.
11 Dispositif pour fabriquer un module de circuit intégré à partir d'un certain nombre de couches empilées caractérisé en ce qu'il comprend: une base poreuse ( 32) sur laquelle sont empilées les couches pour former une pile ayant une surface supérieure; un outil de pressurisation ( 42) ayant une cavité en relation face à face avec la surface supérieure de la pile de feuilles; un support solide de pressurisation ( 54) ayant un corps fait en un matériau élastomère de Sorbothane qui est retenu dans la cavité de l'outil de pressurisation par un diaphragme en latex; une membrane ( 60) de transfert de pression recouvrant les feuilles empilées, ladite membrane de transfert de pression ayant une première couche adjacente aux feuilles empilées, faite d'un catouchouc de silicone et une seconde couche adjacente au moyen de pressurisation, faite d'un caoutchouc d'uréthane; et une pompe ( 38) communiquant avec la base poreuse pour enlever l'air de l'espace entre la membrane et la
pile de feuilles.
12 Dispositif pour fabriquer un module de circuit intégré à partir d'un certain nombre de couches empilées, caractérisé en ce qu'il comprend: une base ( 32) sur laquelle sont empilées les feuilles; un support de pressurisation ( 54) disposé en relation face à face avec les feuilles empilées; et une membrane de transfert de pression ( 60), entre le moyen de pressurisation et la pile de feuilles, qui est suffisamment flexible pour se conformer à la surface supérieure de la pile de feuilles, la membrane de transfert de pression ayant une première couche adjacente aux feuilles empilées qui n'adhère pas avec les feuilles empilées et une seconde couche adjacente au moyen de pressurisation qui empêche un contact entre le moyen de
pressurisation et les feuilles empilées.
13 Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le support de pressurisation ( 54)
est un solide.
14 Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la première couche de la membrane de transfert de pression ( 60) est faite d'un caoutchouc de silicone. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la seconde couche de la membrane de transfert de pression ( 60) est faite d'un caoutchouc
d'uréthane.
16 Dispositif pour fabriquer un module de circuit intégré à partir d'un certain nombre de couches de feuilles empilées, caractérisé en ce qu'il comprend une base ( 32) sur laquelle sont empilées les feuilles; et un moyen solide de pressurisation ( 54) disposé en relation face à face avec les feuilles empilées, le moyen de pressurisation étant fait en un matériau qui se déforme pour se conformer à la surface supérieure de la pile de feuilles sous pression mais qui retourne sensiblement à
son état non déformé en l'absence de pression.
17 Procédé de compression de modules de circuits intégrés, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de former une pile de feuilles à presser; prévoir un moyen de pressurisation adapté à presser contre la pile de feuilles; placer une membrane de transfert de pression en couches pour recouvrir au moins une portion de la pile de feuilles, la membrane de transfert de pression ayant une première couche adjacente aux feuilles empilées qui n'adhère pas aux feuilles empilées et une seconde couche adjacente au moyen de pressurisation qui empêche le contact entre le moyen de pressurisation et les feuilles empilées, la membrane de transfert de pression étant suffisamment flexible pour se conformer à la surface supérieure de la pile de feuilles sous pression; et appliquer une pression au moyen de pressurisation qui est, de là, transférée à la pile de feuilles par
l'intermédiaire de la membrane de transfert de pression.
18 Procédé pour la compression de modules de circuits intégrés, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: prévoir une pile de feuilles à presser prévoir un moyen solide de pressurisation disposé en relation face à face avec la pile de feuilles, le moyen de pressurisation étant fait d'un matériau solide qui se déforme pour se conformer à la surface supérieure de la pile de feuilles sous pression mais qui retourne sensiblement à son état non déformé en l'absence de pression; mettre une membrane de transfert de pression en place pour recouvrir au moins une portion de la pile de feuilles, la membrane de transfert de pression ayant une première couche adjacente aux feuilles empilées qui n'adhère pas avec les feuilles empilées et une seconde couche adjacente au moyen de pressurisation qui empêche un contact entre le moyen de pressurisation et les feuilles empilées, la membrane de transfert de pression étant suffisamment flexible pour se conformer à la surface supérieure de la pile de feuilles sous pression; et appliquer une pression au moyen de pressurisation qui, de là, est transférée à la pile de feuilles par la
membrane de transfert de pression.
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