FR2835965A1 - Procede et dispositif de protection de microcomposants electroniques, optoelectroniques et/ou electromecaniques - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de protection d'un ensemble de microcomposants (11) électroniques, optoélectroniques et/ ou électromécaniques réalisés en différents emplacements d'une face d'une tranche de substrat (10), comprenant les étapes consistant à prévoir une plaque de protection (20) dont une face a sensiblement les dimensions de la face de la tranche de substrat; former sur la plaque de protection, à des emplacements correspondants aux emplacements des microcomposants de la tranche de substrat, des cordons (24) d'un matériau de collage et d'espacement d'une épaisseur déterminée, chaque cordon venant entourer un emplacement; appliquer la plaque de protection sur la tranche de substrat de sorte que chaque cordon entoure un microcomposant et délimite, avec la tranche de substrat et la plaque de protection, un espace clos au niveau du microcomposant; et couper la plaque de protection en capots (32, 36) distincts recouvrant chacun un microcomposant.
Description
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PROCEDE ET DISPOSITIF DE PROTECTION DE MICROCOMPOSANTS ÉLECTRONIQUES, OPTOÉLECTRONIQUES ET/OU ÉLECTROMÉCANIQUES
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de protection de microcomposants électroniques, opto- électroniques et/ou électromécaniques réalisés sur une tranche de substrat.
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de protection de microcomposants électroniques, opto- électroniques et/ou électromécaniques réalisés sur une tranche de substrat.
Les microcomposants électroniques, optoélectroniques et/ou électromécaniques sont, de façon générale, réalisés en grand nombre sur une même tranche de substrat. La tranche de substrat est ensuite découpée à la fin du procédé de réalisation des composants, par exemple par sciage, pour séparer les composants. Ensuite, généralement, les composants individuels sont mis en boîtier.
Certains composants, en particulier les composants micromécaniques, tels que des capteurs ou des actuateurs, comportant des parties mobiles de très petites dimensions, sont particulièrement sensibles aux impuretés dont la présence peut affecter les déplacements des parties mobiles. Les impuretés peuvent, par exemple, correspondre à des projections issues de la découpe de la tranche de substrat, ou être mises en contact avec les composants lors du transport de la tranche de substrat. En outre, de tels composants sont généralement difficiles à
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manipuler, la manipulation pouvant correspondre, par exemple, à la mise en boîtier du composant découpé.
Il est donc souhaitable de protéger les microcomposants électroniques, optoélectroniques et/ou électromécaniques avant la découpe, ou le déplacement de la tranche de substrat, ou après découpe pour la manipulation du composant. Une possibilité est de protéger chaque composant par un capot de protection, fixé sur la tranche de substrat, qui encapsule le composant.
Il est nécessaire que les capots de protection aient un coût de revient faible pour ne pas alourdir le coût de revient global des composants. En outre, le procédé de réalisation des capots doit modifier le moins possible les étapes du procédé de réalisation des composants.
De plus, la présence du capot ne doit pas gêner le fonctionnement du composant. Par exemple, dans le cas d'un composant micromécanique comportant des parties mobiles en saillie par rapport à la surface du substrat, le capot ne doit pas entrer en contact avec les parties mobiles. Dans le cas d'un composant électronique fonctionnant à hautes fréquences, le capot ne doit pas être une source de pertes électromagnétiques.
Enfin, pour certains types de composants, le capot doit être insensible à l'humidité, et, par exemple, répondre aux spécifications du niveau 1 de la norme IPC/JEDEC J-STD-020A.
La présente invention vise un procédé de protection et un dispositif de protection de composants réalisés sur une tranche de substrat qui répondent à aux moins certaines des exigences précédemment mentionnées.
Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un procédé de protection d'un ensemble de microcomposants électroniques, optoélectroniques et/ou électromécaniques réalisés en différents emplacements d'une face d'une tranche de substrat, comprenant les étapes consistant à prévoir une plaque de protection dont une face a sensiblement les dimensions de la face de la tranche de substrat ; former sur la plaque de
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protection, à des emplacements correspondants aux emplacements des microcomposants de la tranche de substrat, des cordons d'un matériau de collage et d'espacement d'une épaisseur déterminée, chaque cordon venant entourer un emplacement ; appliquer la plaque de protection sur la tranche de substrat de sorte que chaque cordon entoure un microcomposant et délimite, avec la tranche de substrat et la plaque de protection, un espace clos au niveau du microcomposant ; et couper la plaque de protection en capots distincts recouvrant chacun un microcomposant.
Selon un autre objet de l'invention, la découpe de la plaque de protection en capots distincts est réalisée par sciage de la plaque de protection, des évidements étant formés au préalable dans la plaque de protection autour de chaque cordon aux endroits où les découpes sont à réaliser.
Selon un autre objet de l'invention, la découpe de la plaque de protection en capots distincts est réalisée par gravure.
Selon un autre objet de l'invention, la gravure de la plaque de protection délimite, pour chaque capot, une paroi latérale de capot sensiblement dans le prolongement de la paroi latérale extérieure du cordon associé.
Selon un autre objet de l'invention, on forme une couche isolante sur la paroi latérale extérieure des cordons.
Selon un autre objet de l'invention, le procédé comprend en outre les étapes consistant à déposer une couche métallique recouvrant les capots et la tranche de substrat ; graver la couche métallique pour former des bandes métalliques connectant des bornes de connexion des microcomposants et s'étendant depuis la tranche de substrat jusqu'à la surface supérieure des capots.
Selon un autre objet de l'invention, l'application de la plaque de protection sur la tranche de substrat est réalisée à des températures inférieures à 500C.
La présente invention prévoit également un dispositif de protection d'un microcomposant électronique, optoélectronique
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et/ou électromécanique formé au niveau d'une face d'une tranche de substrat comprenant, sur la face du substrat, un cordon d'un matériau de collage et d'espacement d'une épaisseur supérieure à 3 pm entourant ledit microcomposant et un capot recouvrant le cordon et délimitant avec celui-ci un espace clos, la paroi latérale du cordon extérieure à l'espace clos étant recouverte d'une couche isolante.
Selon un autre objet de l'invention, le capot de protection comporte une paroi latérale sensiblement dans le prolongement de la paroi latérale extérieure du cordon, le microcomposant comportant une borne de connexion s'étendant hors de l'espace clos, et une bande métallique connectant ladite borne de connexion et s'étendant depuis la face de la tranche de substrat jusqu'à la surface supérieure du capot.
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : les figures 1A et 1B représentent des étapes de préparation d'une tranche de substrat où sont réalisés des microcomposants électroniques, optoélectroniques et/ou électromécaniques ; les figures 2A et 2B représentent des étapes de préparation d'une plaque de protection ; les figures 3A à 3C représentent des étapes d'un premier mode de réalisation d'un procédé de protection selon l'invention ; et les figures 4A à 4E représentent des étapes d'un second mode de réalisation du procédé selon l'invention.
La figure 1A représente une tranche de substrat 10 à la surface de laquelle sont réalisés plusieurs microcomposants 11 électroniques, optoélectroniques et/ou électromécaniques. Deux composants 11 sont représentés à titre d'exemple sur la figure 1A. La tranche de substrat 10 est recouverte d'une couche
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isolante 12. A titre d'exemple, la tranche de substrat est en silicium monocristallin, et la couche isolante 12 est en oxyde de silicium. Les composants 11 sont représentés par des blocs rectangulaires affleurant la surface de la tranche de substrat 10 pour indiquer qu'ils peuvent comporter des éléments mobiles venant en saillie par rapport à la surface du substrat 10.
Chaque composant 11 comporte des bornes de connexion 14, par exemple en aluminium, utilisées pour le connecter.
Comme cela est représenté sur la figure 1B, on forme une bande isolante 16, par exemple de l'oxyde de silicium autour de chaque composant 11. On forme ensuite un premier cordon 18 d'un matériau de collage, par exemple du benzocyclobutène (BCB, commercialisé par la société DowChemical), sur chaque bande isolante 16, en utilisant un promoteur d'adhérence. Le cordon 18 a une épaisseur pouvant varier de 2,5 m à 20 m. Une bande 19 d'un promoteur d'adhérence, par exemple de l'AP3000 (commercialisé par la société DowChemical), est formée sur le cordon 18. Le cordon 18 et la bande isolante 16 sont disposés de façon à laisser dépasser latéralement les extrémités des bornes de connexion 14 des composants 11. La bande isolante 16 facilite l'adhésion du cordon 18.
La figure 2A représente une plaque de protection 20, par exemple en silicium. La plaque de protection 20 a des dimensions latérales sensiblement identiques à celles de la tranche de substrat 10. La plaque de protection 20 est recouverte d'une couche isolante 22, par exemple de l'oxyde de silicium.
On forme sur la plaque de protection 20 des deuxièmes cordons 24 du même matériau de collage que les premiers cordons 18. Les cordons 24 sont répartis sur la plaque de protection 20 pour correspondre aux emplacements des composants 11 de la tranche de substrat 10. Chaque cordon 24 a une épaisseur pouvant varier de 2,5 m à 20 Um, et est recouvert d'une bande d'un promoteur d'adhérence 26.
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Sur la figure 2B, on a réalisé, dans la plaque de protection 20, par exemple par des moyens mécaniques ou par gravure, des évidements 28 entourant les cordons 24.
Les figures 3A à 3C représentent un premier mode de réalisation du procédé selon l'invention.
La figure 3A représente la plaque de protection 20 mise en appui sur la tranche de substrat 10 de sorte que les deuxièmes cordons 24 viennent en appui contre les premiers cordons 18. Un collage est réalisé entre les deux cordons 24,18 à une température inférieure à 50 C, en exerçant une force d'appui sur la plaque de protection 20, et sous un vide primaire. Les bandes de promoteur d'adhérence 19,26 facilitent l'adhésion des cordons 18,24.
Comme cela est représenté sur la figure 3B, des découpes 31 sont réalisées dans la plaque de protection 20 pour délimiter des capots de protection 32 au-dessus de chaque composant 11. La découpe de la plaque de protection 20 est réalisée par exemple par sciage. Le rôle des évidements 28 est de réduire l'épaisseur de la plaque de protection 20 aux endroits où les découpes 31 sont réalisées de façon à éviter que l'outil de découpe n'abîme la tranche de substrat 10. On prévoit une garde 33 entre les évidements 28 et les cordons 18,24 pour éviter que l'outil de découpe ne détériore les cordons 18,24 lors de la découpe de la plaque de protection 20. Un recuit du matériau de collage est ensuite réalisé à des températures de l'ordre de 250oC. La plaque de protection 20 étant déjà découpée, on évite le problème de dilatation différentielle entre la plaque de protection 20 et la tranche de substrat 10.
Ceci permet d'utiliser une plaque de protection 20 en un matériau distinct de celui de la tranche de substrat 10.
La figure 3C représente deux composants protégés 34 obtenus après la découpe de la tranche de substrat 10, qui peut être réalisée de façon mécanique, par exemple par sciage. A titre d'exemple, chaque composant protégé 34 est représenté avec six bornes de connexion 14 sur deux côtés.
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Dans ce premier mode de réalisation dans lequel la plaque de protection 20 est découpée par sciage, cette plaque est de préférence une plaque de silicium ou de silice d'une épaisseur supérieure à 50 pm, les évidements 28 ayant une profondeur pouvant atteindre l'épaisseur de la plaque de protection 20 diminuée de 30m environ.
Les figures 4A à 4E représentent un second mode de réalisation du procédé selon l'invention.
Dans le second mode de réalisation, on utilise la tranche de substrat 10 de la figure 1B, et la plaque de protection 20 de la figure 2A. La plaque de protection 20 ne comporte donc pas d'évidements et est de préférence très mince, d'une épaisseur de l'ordre de 50 à 150 yam.
Sur la figure 4A, la plaque de protection 20 est appliquée sur la tranche de substrat 10 de façon analogue au premier mode de réalisation. La plaque de protection 20 et la couche isolante 22 sont ensuite gravées, par exemple par une gravure ionique réactive (RIE), de façon à délimiter des capots 36 au niveau de chaque composant 11. L'utilisation d'une gravure permet de définir avec précision une paroi latérale 38 de capot 36 dans le prolongement des parois latérales extérieures 39,40 des cordons 24,18.
En figure 4B, une couche de protection 42, par exemple en oxyde de silicium, a été formée sur le capot 36, les parois latérales extérieures 39,40 des cordons 18,24, et recouvre partiellement les bornes de connexion 14 de chaque composant 11.
La couche 42 peut être réalisée par dépôt conforme et gravure.
La figure 4C représente une couche métallique 46, par exemple en l'aluminium, déposée sur la totalité de la tranche de substrat 10, et en particulier sur les capots 36. La couche métallique 36 contacte l'ensemble des bornes de connexion 14 des composants 11. On dépose ensuite une couche de résine 48 sur l'ensemble de la tranche de substrat 10 de façon que les capots 36 soient complètement immergés dans la couche de résine 48.
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On réalise ensuite des ouvertures dans la couche de résine pour graver des portions de la couche métallique 46.
La figure 4D représente une vue de dessus de la figure 4C une fois la gravure de la couche métallique 46 réalisée, et la résine retirée. A titre d'exemple, chaque composant 11 comporte quatre bornes de connexion 14. On forme alors deux bandes métalliques 50, 52 qui relient deux capots adjacents 36 en s'étendent sur la tranche de substrat 10. Chaque bande métallique 50,52 contacte une borne de connexion 14 des capot 36 d'un composant 11. Dans le cas où les composants 11 sont destinés à des applications à hautes fréquences, les dimensions des bandes métalliques 50, 52 sont déterminées pour adapter l'impédance des bandes 50,52. Pour graver de façon satisfaisante la couche métallique 46, la hauteur de l'ensemble
formée par les cordons 18, 24 et le capot 36 est de préférence inférieure à 60 ; um, ce qui implique l'utilisation d'une plaque de protection 20 d'une épaisseur de l'ordre de 50 ism.
formée par les cordons 18, 24 et le capot 36 est de préférence inférieure à 60 ; um, ce qui implique l'utilisation d'une plaque de protection 20 d'une épaisseur de l'ordre de 50 ism.
La figure 4E, représente deux composants protégés 54 obtenus après la découpe de la tranche de substrat 10.
Dans les deux modes de réalisation décrits préc- édemment 1 un premier cordon 18 est formé sur la tranche de substrat 10. La réalisation de ce cordon peut être omise. Un unique cordon est alors formé sur la plaque de protection 20.
Ceci permet de réduire le nombre des étapes du procédé au niveau de la tranche de substrat 10. L'épaisseur du cordon est alors déterminée en fonction des éléments en saillie du composant 12 par rapport à la tranche de substrat 10. La bande de promoteur d'adhésion 26 peut être remplacée par une couche de promoteur d'adhésion recouvrant toute la face de la plaque de protection 20. De même, si la nature des composants 11 le permet, la bande de promoteur d'adhésion 26 peut être remplacée par une couche de promoteur d'adhésion recouvrant toute la face de la tranche de substrat 10. De plus, les bandes isolantes 16, la couche isolante 22 et les bandes de promoteur d'adhésion 19, 26 peuvent être omises si l'adhérence du cordon sur la plaque de protection
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20 et du côté de la tranche de substrat 10, est satisfaisante. De même, la couche isolante 12 peut être omise si le matériau composant la tranche de substrat 10 le permet étant donné les techniques utilisées pour former le cordon 18, et, dans le second mode de réalisation, pour réaliser les différentes gravures.
La présente invention présente de nombreux avantages.
Elle assure la protection de microcomposants électroniques, optoélectroniques et/ou électromécaniques réalisés sur une tranche de substrat par un procédé relativement simple et peu coûteux. En particulier, elle permet la formation d'espaces clos autour des composants. Ceci est particulièrement avantageux dans le cas où les composants sont des structures micromécaniques présentant des éléments en saillie par rapport à la surface du substrat. En outre, la découpe de la plaque de protection étant réalisée avant la découpe de la tranche de substrat, la présente invention permet le stockage de la tranche de substrat avec les composants protégés par des capots individuels même si la plaque de protection et la tranche de substrat sont constituées de matériaux différents. Ceci ne serait pas possible si la plaque de protection n'était pas découpée à l'avance étant donnée la différence des coefficients de dilatation entre la plaque et la tranche qui entraîneraient le développement de courbures de la tranche de substrat et de la plaque de protection.
Dans le premier mode de réalisation, la réalisation d'évidements sur la plaque de protection limite les risques de détérioration de la tranche de substrat lors de la découpe de la plaque de protection en différents capots.
Dans le second mode de réalisation, la réalisation de capots par gravure permet de définir des parois latérales de capot qui prolongent les parois latérales extérieures des cordons de collage. Il est alors possible de former une couche de protection sur le capot et le cordon pour, notamment, améliorer l'insensibilité à l'humidité du cordon. Le capot ainsi
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réalisé permet de répondre aux spécifications du niveau 1 de la norme IPC/JEDEC J-STD-020A. Ceci permet également de réaliser pour chaque composant des bandes métalliques en contact avec les bornes de connexion du composant, et s'étendant jusqu'au sommet du capot. On peut ainsi connecter le composant sur un élément extérieur par des plots ou des billes de connexion disposés sur le capot.
L'utilisation d'un matériau de collage du type benzocyclobutène est particulièrement avantageuse. En effet, ce matériau est un diélectrique entraînant peu de pertes dans le cas où les composants fonctionnent à hautes fréquences. En outre, le benzocyclobutène est photogravable, ce qui permet de l'utiliser directement comme masque. De plus, il permet la réalisation d'un collage, lors de la mise en appui sur la plaque de protection sur la tranche de substrat, à des températures inférieures à SOOC. Ceci permet d'envisager le collage d'une plaque de protection et d'une tranche de substrat constituées de matériaux différents ayant des coefficients de dilatation thermique différents. Par exemple, la plaque de protection peut être en silicium et la tranche de substrat en tantalate de lithium, notamment dans le cas où les composants sont des filtres acoustiques ou d'autres matériaux adaptés à la réalisation de composants optoélectroniques.
Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, des poignées peuvent être réalisées sur la plaque de protection pour en faciliter la manutention lorsqu'elle est appliquée sur la tranche de substrat.
Claims (10)
1. Procédé de protection d'un ensemble de microcomposants (11) électroniques, optoélectroniques et/ou électromécaniques réalisés en différents emplacements d'une face d'une tranche de substrat (10), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - prévoir une plaque de protection (20) dont une face a sensiblement les dimensions de la face de la tranche de substrat ; - former sur la plaque de protection, à des emplacements correspondants aux emplacements des microcomposants de la tranche de substrat, des cordons (24) d'un matériau de collage et d'espacement d'une épaisseur déterminée, chaque cordon venant entourer un emplacement ; - appliquer la plaque de protection sur la tranche de substrat de sorte que chaque cordon entoure un microcomposant et délimite, avec la tranche de substrat et la plaque de protection, un espace clos au niveau du microcomposant ; et - couper la plaque de protection en capots (32,36) distincts recouvrant chacun un microcomposant.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la découpe de la plaque de protection (20) en capots (32) distincts est réalisée par sciage de la plaque de protection, des évidements (28) étant formés au préalable dans la plaque de protection autour de chaque cordon (24) aux endroits où les découpes (31) sont à réaliser.
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la découpe de la plaque de protection (20) en capots (36) distincts est réalisée par gravure.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la gravure de la plaque de protection (20) délimite, pour chaque capot (36), une paroi latérale (38) de capot sensiblement dans le prolongement de la paroi latérale extérieure (39) du cordon (24) associé.
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5. Procédé selon la revendication 4, comprenant en outre l'étape consistant à former une couche isolante (42) sur la paroi latérale extérieure (39) des cordons (24).
6. Procédé selon la revendication 5, comprenant en outre les étapes suivantes : - déposer une couche métallique (46) recouvrant les capots (36) et la tranche de substrat (10) ; - graver la couche métallique pour former des bandes métalliques (50,52) connectant des bornes de connexion (14) des microcomposants (11) et s'étendant depuis la tranche de substrat jusqu'à la surface supérieure des capots.
7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'application de la plaque de protection (20) sur la tranche de substrat (10) est réalisée à des températures inférieures à 500C.
8. Dispositif de protection d'un microcomposant (11) électronique, optoélectronique et/ou électromécanique formé au niveau d'une face d'une tranche de substrat (10), caractérisé en ce qu'il comprend, sur la face du substrat, un cordon (24) d'un matériau de collage et d'espacement d'une épaisseur supérieure à 3 J. im entourant ledit microcomposant et un capot (32,36) recouvrant le cordon et délimitant avec celui-ci un espace clos, la paroi latérale (39) du cordon extérieure à l'espace clos étant recouverte d'une couche isolante (42).
9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel le capot de protection (36) comporte une paroi latérale (38) sensiblement dans le prolongement de la paroi latérale extérieure (39) du cordon (24), le microcomposant (11) comportant une borne de connexion (14) s'étendant hors de l'espace clos, et une bande métallique (50,52) connectant ladite borne de connexion et s'étendant depuis la face de la tranche de substrat
(10) jusqu'à la surface supérieure du capot.
10. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel le matériau de collage et d'espacement est du benzocyclobutène.
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