FR2684802A1 - Procede de moulage de micromodules de circuits integres. - Google Patents

Procede de moulage de micromodules de circuits integres. Download PDF

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Abstract

L'invention concerne l'encapsulation des circuits intégrés, notamment pour la réalisation de micromodules pour cartes à puces. Ces micromodules comportent des contacts extérieurs occupant toute la surface arrière du micromodule. Pour éviter d'avoir des bavures de résine sur ces contacts lors de l'opération de moulage par transfert de résine, on prévoit que: - la grille prédécoupée (16) portant la puce de circuit intégré (10) est revêtue sur sa face arrière d'une feuille adhésive (28) pelable. - on limite à une faible valeur la pression exercée par les plaques de moulage (30, 36, 40) sur la grille et la feuille à la périphérie de la cavité.

Description

PROCEDE DE MOULAGE DE MICROMODULES
DE CIRCUITS INTEGRES
L'invention concerne l'encapsulation des circuits intégrés, plus particulièrement en vue de former des micromodules très plats tels que ceux qu'on place dans les cartes à puces.
Les cartes à puces utilisent des micromodules très plats pour que l'épaisseur finale de la carte reste de l'ordre de 0,8 millimètre.
Dans la technique classique de l'encapsulation des circuits intégrés, on place une puce de circuit intégré sur une grille métallique prédécoupée, on soude des fils de connexion entre la puce et des plages conductrices de la grille, puis on effectue un moulage par transfert de résine autour de la puce, des fils et des plages conductrices, en laissant dépasser des éléments de la grille à l'extérieur de la cavité de moulage; ces éléments font donc saillie hors du boîtier lors du démoulage; ils constituent les contacts de connexion extérieure du circuit intégré encapsulé.
Dans ce cas, l'injection de résine est effectuée dans un moule dont les plaques sont usinées avec une très grande précision et sont serrées fortement (ordre de grandeur : jusqu'à plusieurs tonnes) sur la grille de part et d'autre de celle-ci. La parfaite planéité des plaques de moule et la forte pression exercée par celles-ci sur la grille à la périphérie de la cavité de moulage empêche pratiquement toute fuite de résine hors de la cavité le long des contacts de connexion extérieure. Les contacts sont exempts de résine dès la sortie du moule.
Cette technique est classique pour les circuits intégrés enfichables, par exemple de type DIL ("de l'anglais Dual-in-Line"); elle est aussi applicable pour des micromodules, à condition que les contacts métalliques permettant la connexion à l'extérieur soient saillants hors du boîtier de résine.
Mais on préfère dans certains cas, notamment pour les cartes à puces, réaliser un micromodule plus compact dont les contacts d'accès constituent l'essentiel de la face arrière du micromodule; ces contacts ne font pas saillie hors du micromodule : seule une face des contacts est accessible; l'autre est noyée dans la résine.
Dans ce cas, il est impossible que le moule applique une forte pression contre les contacts et on ne peut pas empêcher un écoulement de résine sur ces contacts : en effet, une pression n'est possible sur la face extérieure des contacts que si on peut appliquer une contre-pression de l'autre côté. Ici, la face extérieure des contacts est appliquée contre une plaque de moule, mais l'autre côté est celui qui porte la puce et ses fils de contact éventuels. Il est donc impossible d'exercer une contre pression de ce côté.
Il en résulte que le micromodule sort du moule avec des contacts extérieurs qui ne sont pas propres : ils sont tachés de résine. Il faut donc les nettoyer, soit par des méthodes chimiques (dissolution de la résine), soit par des méthodes mécaniques (sablage, etc.) soit par une combinaison des deux (ramollissement chimique puis enlèvement mécanique).
Cette opération d'enlèvement de résine, dite aussi "deflashage" est délicate et dangereuse pour le micromodule, et ceci d'autant plus qu'il est plus petit et plus mince : non seulement les contacts (d'épaisseur très faible, de l'ordre du dixième de millimètre) peuvent être endommagés, mais la puce de circuit intégré elle-même peut être endommagée par ces opérations.
La présente invention a pour but de proposer un procédé d'encapsulation qui évite autant que possible les inconvénients des . procédés antérieurs et qui permette notamment de minimiser les problèmes dus aux bavures de résine, notamment dans le cas où les contacts sont affleurants sur une face du micromodule.
Selon l'invention on propose principalement : d'une part de recouvrir la face utile des contacts de la grille avec une feuille adhésive pelable; et d'autre part de fermer le moule en n'exerçant qu'une pression faible ou même une pression nulle, par des plaques de moulage, sur l'ensemble constitué par la grille et sa feuille adhésive, ceci au moins dans certaines zones dans lesquelles les bavures de résine ne sont pas gênantes (en pratique sur la périphérie de la cavité de moulage, et de préférence sur tout le pourtour).
La pression dans la zone périphérique est alors assez faible pour que les plaques de moulage n'écrasent pas la feuille adhésive contre la grille. Par "pression faible" on entend ici essentiellement une pression plus faible que la pression exercée par la résine à l'intérieur de la cavité de moulage pendant l'injection.
La pression peut également être nulle si le jeu existant entre les plaques de moulage est suffisant.
Cette pression faible est obtenue en effet de préférence tout simplement en donnant à l'intervalle qui sépare deux plaques de moule en position fermée, une valeur nominale très légèrement plus grande que l'épaisseur nominale de l'ensemble grille + feuille adhésive placé entre ces plaques. La différence peut être de préférence de quelques centièmes de millimètres, par exemple de 1 à 4 centièmes, en fonction des tolérances d'usinage et de la fluidité de la résine.
A titre d'exemple préférentiel, on peut prévoir que pour une grille d'épaisseur 10 centièmes de millimètres, recouverte d'une feuille adhésive d'épaisseur environ 6 centièmes de millimètre,- la distance entre plaques de moule à la périphérie de la cavité de moulage est d'environ 19 ou 20 centièmes de millimètre, soit 3 ou 4 centièmes de plus que l'épaisseur de l'ensemble grille + feuille.
On comprendra qu'il s'agit de dimensions nominales.
On expliquera plus en détail dans la description qui va suivre comment cette disposition, inattendue en matière de moulage par transfert, permet non pas de supprimer les fuites de résine mais de les canaliser à un endroit où elles ne sont pas gênantes, c'est-à-dire en pratique à la périphérie de la cavité de moulage, en dehors de la zone utile des contacts d'accès extérieur du micromodule. On verra que l'absence de pression ou la faible pression exercée par les plaques de moule sur la feuille adhésive à la périphérie de la cavité de moulage permet soit une fuite de résine du côté opposé au côté utile des contacts, soit un décollement de la feuille et une fuite de résine à la périphérie de la cavité en évitant tout décollement ailleurs. Le décollement se produit à proximité des découpes prévues dans la grille (soit les découpes d'isolement séparant les contacts les uns des autres, soit des découpes spécialement destinées à l'ancrage de la résine sur la grille); ce décollement s'effectue sous l'effet de la pression de la résine qui remplit ces découpes.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente en coupe transversale un
micromodule encapsulé tel qu'on cherche à le
réaliser selon l'invention; - la figure 2 représente une grille prédécoupée
portant une puce de circuit intégré et destinée à
être encapsulée; - la figure 3 représente la même grille en coupe
latérale; - la figure 4 représente, en position ouverte, une
coupe d'un moule de transfert; - la figure 5 représente le moule de la figure 3 en
position fermée; - la figure 6 représente une vue de détail du moule
en position fermée contenant une puce à encapsuler; - la figure 7 représente une vue agrandie permettant
d'expliquer le résultat du procédé selon
l'invention.
- la figure 8 représente une vue analogue à la figure
7 mais dans un plan passant le long d'une découpe
d'isolement entre contacts.
Sur la figure 1 on a représenté un micromodule de circuit intégré destiné à être incorporé à une carte à puce (non représentée). La puce de circuit intégré 10 est noyée dans une matière plastique d'enrobage 12. Pour la commodité de la compréhension on a représenté cette matière comme transparente alors qu'elle ne l'est pas dans la réalité. La puce est soudée ou collée sur une plage centrale 14 d'une grille métallique 16 qui comporte par ailleurs des plages conductrices latérales 18. Des fils de connexion 20, noyés dans la matière plastique 12, sont soudés entre la puce et les différentes plages conductrices de la grille. Les plages conductrices sont séparées les unes des autres par des découpes d'isolement 22 (en forme de rainures) remplies de matière plastique 12. D'autres rainures ou découpes 24, également remplies de matière plastique, peuvent servir à l'ancrage de la matière plastique sur la grille, notamment à la périphérie du micromodule, là où il y a plus facilement-risque de décollement entre la grille et la matière plastique.
Toute une face de la grille 16 est noyée dans la résine. La totalité ou la quasi-totalité de l'autre face est directement accessible à l'extérieur du boîtier.
Dans les découpes 22 et 24, la matière plastique affleure dans le plan de la face extérieure de la grille. Les différentes plages conductrices de la grille constituent, sur leur face accessible, les contacts extérieurs d'accès au circuit intégré. La zone utile ZU de ces contacts occupe la majeure partie de la face arrière du boîtier. C'est-elle qui sera accessible à l'extérieur après incorporation du micromodule dans une carte à puce. La zone périphérique ZP, à l'extérieur de la zone utile, est moins importante et occupe en principe une faible surface.
La figure 2 représente en vue de dessus une grille prédécoupée portant une puce de circuit intégré, avant encapsulation. On voit le côté portant la puce; l'autre côté est celui qui définit les contacts extérieurs.
De manière classique, la grille 16 est constituée par un ruban métallique continu portant de place en place une puce. L'encapsulation est faite successivement sur les différentes puces (ou par groupes de puces). Le découpage en micromodules individuels n'est fait qu'en fin de processus industriel. Des perforations périodiques 26 permettent un entraînement indexé du ruban.
On reconnaît sur la figure 2 une puce 10, les plages conductrice centrale 14 et latérales 18, les fils de connexion 20, les découpes 22 de séparation entre plages, et les découpes d'ancrage 24.
Dans l'exemple de réalisation décrit ici, les découpes d'ancrage, en forme de rainures allongées, sont réparties à la périphérie de ce qui constituera le micromodule. On peut dire à titre indicatif que la zone utile des contacts (sur la face de la grille qui n'est pas visible sur la figure 2) est celle qui se situe à l'intérieur du rectangle défini par la succession des rainures 24, tandis que la zone périphérique serait celle qui est à l'extérieur de ce rectangle.
Les découpes 22 de séparation entre contacts sont également constituées ici en forme de rainures allongées; elles s'étendent radialement de l'intérieur de la zone utile des contacts 18 jusqu'à la zone périphérique et même à l'extérieur de la zone périphérique de ce qui sera le micromodule. Lors du découpage des micromodules, la ligne de découpe rectangulaire autour de chaque micromodule passe autour de la zone périphérique et coupe les extrémités des rainures de séparation 22 afin que les plages conductrices 18 soient définitivement séparées électriquement les unes des autres.
La figure 3 représente en coupe verticale la grille de la figure 2, à l'arrière de laquelle on a collé une feuille de matière plastique adhésive pelable 28, de préférence en polyimide, en vue du procédé d'encapsulation selon l'invention. Cette feuille ne sera enlevée qu'après l'opération de moulage de résine. La feuille adhésive 28 occupe au moins toute la surface au dessous de la zone utile des contacts. En pratique elle occupe toute la surface de ce qui sera ultérieurement un micromodule après découpage de la bande en micromodules individuels; elle peut occuper toute la surface arrière de la grille sauf éventuellement les côtés latéraux, afin de laisser libres les perforations d'entraînement 26. A titre d'exemple, la grille peut avoir une épaisseur de 1 dixième de millimètre, et la feuille adhésive une epaisseur de 0,6 dixième de millimètre.
La figure 4 représente en coupe verticale un moule de transfert servant au procédé selon l'invention. Le moule est en position ouverte.
Classiquement, ce moule peut comporter trois éléments (moule dit à trois plaques" ou à plaque intermédiaire"), mais il pourrait ne comporter que deux éléments. L'intérêt de la plaque intermédiaire est de permettre une modification facile de la forme moulée, par simple changement de la plaque intermédiaire.
La plaque inférieure est un plateau 30 dans lequel on a usiné une gorge ou cuvette 32 à fond plan, ayant la largeur du ruban métallique prédécoupé servant à constituer la grille 16 (en général 35 millimètres), de sorte que le ruban peut s'y insérer.
La plaque intermédiaire 36 du moule, supportée par une entretoise 34, est celle qui définit la forme extérieure et la hauteur des parois latérales du micromodule. Elle comporte donc une ou plusieurs ouvertures dont les bords 38 doivent entourer chacune une puce 10, ses fils de connexion 20, et les plages conductrices 18.
La plaque intermédiaire 36 est de préférence montée dans une échancrure de l'entretoise 34, la profondeur de l'échancrure étant au plus égale à l'épaisseur de la plaque 36.
L'entretoise 34 est elle-même montée dans une échancrure de la plaque inférieure 30.
La plaque supérieure 40 définit la surface supérieure (en principe plane) du micromodule. Elle est percée d'orifices 42 pour l'injection de résine sous pression.
La fermeture du moule se fait par mise en contact des plaques les unes avec les autres. La figure 5 représente le moule en -position fermée, contenant une grille portant des puces à encapsuler. La fermeture est hermétique, c'est-à-dire qu'une forte pression est exercée sur les plaques. Mais contrairement à ce qu'on faisait dans la technique antérieure, on n'exerce qu'une faible pression, voire une pression nulle, sur la grille elle-même à la périphérie des cavités de moulage définies par les ouvertures 28. Cette faible pression est obtenue grâce à un dimensionnement approprié des hauteurs des différentes plaques et entretoises.
La plaque intermédiaire 36 est mise en compression contre la plaque supérieure 40, par l'intermédiaire de l'entretoise 34 qui elle-même est en compression contre la plaque inférieure 30. Cependant, la partie supérieure de la plaque inférieure 30, c'est-à-dire la partie surélevée qui entoure la gorge 32, ne vient pas en appui contre la plaque intermédiaire 36 (dans cet exemple de réalisation).
En d'autres mots, si on appelle - Dl la profondeur de la gorge 32, - D2 la hauteur existant entre d'une part la zone de
plaque 30 qui vient pousser l'entretoise 34 et
d'autre part la partie supérieure de la plaque 30, - D3 la hauteur de l'entretoise 34 entre la plaque
intermédiaire et la plaque inférieure 30, - D4 la hauteur de l'ensemble grille 16 + feuille adhésive 28, - et D5 la hauteur de la plaque intermédiaire,
alors on a D3 supérieur à D2 et, lorsque le moule est en position fermée, la distance qui subsiste entre la plaque intermédiaire (en dehors des ouvertures 38) et le haut de la plaque inférieure est D3-D2; la distance qui subsiste entre la plaque intermédiaire et le fond de la gorge 32 est D3-D2+D1.
Pour faire en sorte que la grille et sa feuille adhésive ne soient pas comprimées lorsque le moule est fermé, on s'arrange pour donner à la valeur D3-D2+D1 une valeur très légèrement supérieure à l'épaisseur D4 de l'ensemble grille 16 + feuille adhésive 28.
L'ordre de grandeur de la valeur choisie pour
D3-D2+D1-D4 est d'environ 3 à 4 centièmes de millimètre.
Selon que D3-D2 est supérieur ou non à la valeur désirée, on choisira la profondeur D1 de la gorge 32 supérieure ou inférieure à l'épaisseur D4 de l'ensemble grille + feuille.
Par exemple, si D3-D2 est un jeu de 6 centièmes de millimètre, alors on utilisera une gorge 32 de profondeur plus faible (de 1 ou 2 centièmes) que l'épaisseur de la grille et la feuille.
Mais si D3-D2 est un jeu de 2 centièmes de millimètre, alors on prendra une profondeur de gorge 32 D1 plus grande de 1 ou 2 centièmes de millimètres que la hauteur de l'ensemble grille + feuille.
Il faut comprendre que dans la théorie on pourrait prévoir une distance D3-D2+D1 juste égale à l'épaisseur
D4, auquel cas il n'y aurait pas de pression exercée sur la grille et la feuille adhésive à la périphérie. Mais compte-tenu des tolérances d'usinage qui existent nécessairement sur l'épaisseur et la profondeur, il faut prévoir plutôt des valeurs telles qu'indiquées ci-dessus.
Dans l'exemple de réalisation pratique décrit ici, la grille a une épaisseur de 1 dixième de millimètre, la feuille adhésive a une épaisseur de 0,6 dixième de millimètre, la profondeur de la gorge 32 est de 14 centièmes de millimètres, et la distance D3-D2 est de 6 centièmes.
Mais le moule pourrait être constitué de manière différente : la distance- D3-D2 pourrait être nulle, le haut de la plaque inférieure 30 venant s'appuyer directement contre la plaque intermédiaire 36 (l'entretoise 34 pouvant devenir inutile ou solidaire de la plaque 36). Dans ce cas, la profondeur de la gorge 32 est supérieure à l'épaisseur de l'ensemble grille + feuille adhésive.
La figure 6 représente une opération de moulage par transfert de résine selon l'invention. Le moule est en position fermée et contient une grille portant une puce, avec une feuille adhésive 28 à l'arrière de la grille, plaquée contre le fond de la gorge 32 de la plaque inférieure 30. Les flèches représentent l'écoulement de la résine injectée de l'orifice 42 vers la cavité de moulage.
I1 est important de noter que l'ouverture 38 s'étend immédiatement au delà des rainures d'ancrage 24, mais pas tout-à-fait jusqu'aux extrémités des rainures radiales de séparation 22 (celles-ci doivent en effet s'étendre radialement jusqu'à l'extérieur du micromodule).
Compte tenu des épaisseurs et profondeurs données plus haut, la plaque intermédiaire 36 ne comprime pas la grille 16 et la feuille 28 à la périphérie de l'ouverture 38 qui définit le micromodule.
On constate alors que des bavures ou flashes de résine sont visibles sur la face supérieure de la grille (de ce côté elles ne sont pas gênantes); des bavures peuvent également apparaître à l'arrière de la grille après qu'on ait retiré la feuille adhésive; ces bavures s'étendent à partir des rainures d'ancrage 24 et à partir des extrémités radiales des rainures d'isolement 22, mais uniquement vers l'extérieur du micromodule.
Elles ne viennent donc pas souiller la zone utile des contacts. Il n'est pas nécessaire de prévoir d'opération de "déflashage" pour nettoyer cette zone utile.
La présence de ces bavures montre qu'un léger excès de résine s'est glissé entre l'arrière de la grille et la feuille adhésive à la périphérie de la cavité de moulage. La résine a donc partiellement décollé la feuille mais ne l'a fait que dans la zone périphérique non utile.
Bien qu'il soit difficile de donner une explication parfaitement complète de ce qui se passe, on peut tenter de le faire en référence à la figure 7.
Cette figure 7 représente en vue agrandie la cavité de moulage dans une zone périphérique comportant par exemple une rainure d'ancrage 24.
La résine injectée sous pression exerce une pression sur la grille, tendant à la repousser vers le bas et à comprimer la grille 16 contre la feuille adhésive 28. Cette pression est assez forte pour s'opposer à tout décollement de la feuille adhésive là où la résine pourrait s'introduire sous la grille, c'est- -dire notamment lorsqu'elle pénètre dans les rainures d'isolement 22.
Mais à la périphérie de la cavité de moulage, la force exercée par la résine est faible puisqu'il n'y a qu'une faible surface sur laquelle elle s'exerce au delà des rainures d'ancrage 24. Or les plaques de moulage n'exercent pas non plus de pression sur la grille et la feuille adhésive à cet endroit. La résine trouve donc une voie de pénétration, en particulier entre la feuille adhésive et la grille à l'extérieur du périmètre défini par les rainures d'ancrage. D'autre part, la résine peut trouver un chemin de fuite vers l'extérieur au dessus de la grille compte tenu du surdimensionnement de l'espace entre les plaques de moulage 30 et 36.
Sur la figure 7,- les flèches en pointillés représentent la pression exercée par la résine; les flèches en traits continus représentent l'écoulement de la résine.
Cette explication prend en compte le fait que les rainures d'ancrage 24 sont très proches de la périphérie extérieure du micromodule (définie par l'ouverture 38), c'est-à-dire très proche de la zone où les plaques de moulage exercent une très faible pression sur la grille et la feuille; cette proximité immédiate est en effet très souhaitable pour que l'invention fonctionne le mieux possible; mais de toutes façons il y a aussi les extrémités radiales des rainures d'isolement 22 qui s'étendent jusqu'au delà de la périphérie du micromodule donc qui s'étendent jusqu'à la zone de pression réduite, et là l'écoulement de résine est encore plus facile.
La figure 8 représente une vue analogue à celle de la figure 7 mais dans un plan de coupe passant le long d'une rainure d'isolement 22. Là, on peut voir que la résine n'exerce plus du tout aucune pression sur la surface supérieure de la grille à la périphérie de la cavité. Le décollement de la feuille adhésive est encore plus facile. Un chemin de fuite par dessus la grille est également possible.
On comprend que si les plaques de moulage fermaient le moule avec une pression périphérique supérieure ou égale à celle que la résine exerce sur la grille, alors la résine tendrait à s'infiltrer partout entre la grille et la feuille adhésive; l'idée de l'invention est de ménager, dans une zone où les bavures ne sont pas gênantes, des zones où la pression des plaques de moulage sur la grille et sur la feuille reste plus faible que la pression exercée par la résine sur la grille et la feuille. La zone choisie de préférence est la périphérie du micromodule. Cette pression réduite est obtenue de préférence par un dimensionnement suffisant de l'espace entre plaques de moulage de part et d'autre de la grille dans cette zone. Bien entendu, cet espace doit quand même être très faible, sans quoi la résine fuirait trop facilement hors de la cavité de moulage.
Les solutions indiquées pour obtenir une faible pression périphériques sont celles qui sont les plus simples à mettre en oeuvre. Mais on pourrait imaginer aussi que la faible pression soit obtenue par d'autres moyens, notamment une surprofondeur localisée de la gorge 32, cette surprofondeur s'étendant sur toute la périphérie du micromodule depuis les rainures 24 jusqu'à une région à l'extérieur de la cavité de moulage. Cette solution serait toutefois plus onéreuse puisqu'elle obligerait à usiner une double gorge dans la plaque inférieure 30.

Claims (6)

REVENDICATIONS
1. Procédé d'encapsulation de circuits intégrés, comportant une opération de moulage par transfert de résine dans une cavité de moulage définie entre des plaques de moulage (30, 36, 40), cette cavité contenant une grille conductrice découpée (16) portant sur une face avant une puce de circuit intégré (10), caractérisé en ce que - la grille est préalablement recouverte d'une
feuille adhésive pelable (28) sur une face arrière
opposée à la face portant la puce; - des moyens sont prévus pour que la pression exercée
par les plaques de moulage sur l'ensemble de la
grille et de la feuille soit faible ou nulle au
moins dans une zone dans laquelle des bavures de
résine ne sont pas gênantes.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de pression faible est située à la périphérie de la cavité de moulage.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la zone de pression faible s'étend sur tout le pourtour de la cavité de moulage.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que des découpes (22, 24) de la grille sont prévues jusqu'à proximité immédiate de la zone de pression faible
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pression réduite est obtenue en donnant à la distance nominale entre plaques de moulage, dans la zone où les bavures ne sont pas gênantes, une valeur très légèrement supérieure à l'épaisseur de l'ensemble de la grille et la feuille adhésive situées entre ces plaques.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la différence entre la distance entre plaques et l'épaisseur est de quelques centièmes de millimètres, de préférence environ 1 à 4 centièmes de millimètres.
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