FR2962578A1 - Composant électronique en boitier céramique - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne les composants en boîtiers de céramique pour des puces de grande dimension. On propose un composant électronique comprenant une puce de circuit-intégré (30) montée dans une cavité d'un boîtier céramique (10), dans lequel la cavité comprend une première zone plane (Z1) rectifiée par meulage, sur laquelle est collée la puce, une deuxième zone plane (Z2) entourant la première zone et à un niveau légèrement supérieur à la première zone, une troisième zone plane (Z3) située le long d'un côté de la puce et pourvue de plages de connexion électrique sérigraphiées (120) sur lesquelles sont soudées les extrémités de fils de connexion (130) reliant la puce au boîtier. La troisième zone (Z3) est au même niveau de hauteur que la deuxième zone, et une tranchée (150), dont le fond est plus profond que le niveau de la première zone, sépare complètement la deuxième et la troisième zone tout le long dudit côté. Cela permet de raccourcir les fils de connexion sans risquer une dégradation des plages de connexion par les solvants de la colle.

Description

COMPOSANT ELECTRONIQUE EN BOÎTIER CERAMIQUE L'invention concerne le montage de composants électroniques dans un boîtier, et plus particulièrement le montage de puces de circuit-intégré de grandes dimensions dans un boîtier de céramique. Les composants de grande dimension en boîtier céramique sont des composants coûteux destinés à des applications sophistiquées. Il s'agit par exemple de capteurs d'image CCD ou CMOS destinés à être embarqués dans des satellites. La qualité de fabrication, le rendement, et le respect de normes sévères sont des paramètres importants pour ces applications. Les boîtiers de céramique se prêtent à ces applications en raison de leurs qualités intrinsèques. Ils sont fabriqués par superposition de feuilles de céramique crue prédécoupées portant des couches conductrices sérigraphiées. Ces couches servent à constituer les différentes interconnexions conductrices nécessaires au fonctionnement du composant. La forme générale du boîtier et la forme de la cavité qui contiendra une puce de circuit intégré sont définies par les formes individuelles des découpes de chaque feuille de céramique crue. Les plages de connexion qui permettent de relier électriquement la puce au boîtier sont des portions des couches conductrices sérigraphiées non recouvertes par une autre couche de céramique crue dans la superposition. Les plages de connexion sont distribuées autour de la puce, sur un ou plusieurs côtés de celle-ci, et des fils sont soudés entre ces plages et la puce. L'empilement de feuilles de céramique crue, avec leurs interconnexions conductrices et leurs plages de connexion, est cuit à haute température pour former un boîtier de céramique avec une cavité. Le fond de la cavité est ensuite rectifié par meulage pour respecter des normes sévères de planéité et de parallélisme entre la face arrière du boîtier et le fond de la cavité ; ces normes sont exigées dans certaines applications (typiquement : des défauts de planéité et de parallélisme n'excédant pas 20 micromètres). Puis, la puce est collée dans le fond rectifié de la cavité. Des fils conducteurs sont soudés entre des plots de la puce et les différentes plages de connexion du boîtier. Enfin, le boîtier est fermé hermétiquement par un capot ; le capot est une plaque de verre transparente aux longueurs d'onde utiles lorsque le circuit est un capteur d'image. L'étape de rectification du fond de la cavité pose un problème mécanique : elle se fait par meulage horizontal, par exemple avec une roue diamantée ; un fraisage vertical ne permettrait pas d'atteindre une bonne planéité. Mais le fond de la cavité ne peut pas être totalement usiné par meulage : un congé ou arrondi d'usinage lié à la forme de la meule subsiste dans les coins de la cavité ; il y a un petit congé dans le sens perpendiculaire au déplacement de la meule, et un congé beaucoup plus grand, lié au diamètre de la meule, dans le sens du déplacement. La longueur du fond usiné de la cavité dans le sens du déplacement de la meule sera diminuée en conséquence. Si le fond de la cavité est rectangulaire, on fera l'usinage en déplaçant la meule dans le sens des grands côtés. Ce sont donc les grands côtés de la cavité qui auront une longueur réduite. Dans ce qui suit on parlera de grands côtés et petits côtés de la cavité ou de la puce même si la cavité et la puce sont carrées, le grand côté se référant au sens de déplacement de la meule lors de l'opération de rectification. De plus, un espace de plusieurs millimètres doit être laissé entre l'extrémité du congé d'usinage et le bord de la cavité du boîtier, pour permettre d'abaisser la meule avant usinage et de la relever après usinage sans toucher les bords de la cavité. L'ensemble du congé d'usinage et de l'espace qu'il faut laisser libre forme une marge d'usinage ou zone morte d'environ 5 ou 6 millimètres à l'extrémité de chacun des grands côtés du boîtier. Lorsque les plages de connexion sont situées exclusivement sur les grands côtés de la puce, la présence des congés d'usinage n'est pas très gênante. Les plages de connexion sont placées sur une marche d'escalier ou "trottoir de soudure" (en anglais "wire-bond deck") placé le long du long côté de la cavité et les grands côtés de la puce peuvent être suffisamment proches du trottoir de soudure. Mais s'il y a des plages de connexion le long des petits côtés de la puce, la distance entre les plages de connexion du boîtier et la puce est plus grande à cause de la marge d'usinage de 5 ou 6 millimètres qu'il faut garder entre le trottoir de soudure et la puce. Les fils de soudure doivent donc être plus longs que ceux qui sont utilisés le long des grands côtés. Pour ces fils plus longs on risque d'aboutir à une fragilité inacceptable dans certains cas (applications spatiales notamment dans lesquelles les vibrations et accélérations peuvent engendrer ruptures ou courts-circuits entre fils adjacents) et une augmentation inacceptable de l'inductance des connexions. Par ailleurs, cette augmentation de la distance entre la puce et les connexions oblige à augmenter en conséquence la longueur du boîtier (par rapport à un boîtier dans lequel il n'y aurait pas de connexions sur les petits côtés). Pour des très grandes puces telles que des capteurs d'image linéaire de grande dimension, la longueur du boîtier peut devenir supérieure aux possibilités prévues par les fabricants de boîtier. L'augmentation de longueur signifie aussi une augmentation de poids, néfaste notamment dans les applications spatiales.
C'est une des raisons pour lesquelles, par exemple pour des barrettes de capture d'image allongées destinées à être embarquées dans des satellites, on s'est le plus souvent interdit de placer des fils de connexion le long des petits côtés de la puce. Cependant, on souhaiterait pouvoir mettre des plages de connexion sur tous les côtés de la puce pour mieux les répartir lorsqu'elles sont très nombreuses. Dans certains cas spécifiques, on peut même souhaiter n'avoir des connexions que sur les petits côtés d'une puce. Selon l'invention, au lieu de prévoir que les plages de connexion situées sur les petits côtés sont placées sur une marche d'escalier ou "trottoir de soudure" (en anglais "wire-bond deck") entourant le fond de la cavité, on prévoit qu'elles sont placées à la même hauteur que le fond de la cavité (hauteur avant meulage) mais qu'elles en sont séparées par une tranchée. La face arrière de la puce est collée au fond de la cavité rectifiée et la tranchée empêche le risque de débordement de la colle ou des solvants de la colle sur les plages de connexion. La zone morte nécessaire à l'usinage par meulage horizontal doit être respectée entre la puce et le bord de la cavité mais pas entre la puce et un trottoir de soudure. On peut donc utiliser des fils de soudure de dimensions acceptables même dans des applications spatiales.
Par conséquent, l'invention a pour objet un composant électronique comprenant une puce de circuit-intégré montée dans une cavité d'un boîtier céramique, dans lequel la cavité comprend une première zone plane rectifiée par meulage, sur laquelle est collée la puce, une deuxième zone plane entourant la première zone et à un niveau de hauteur légèrement supérieur à la première zone, une troisième zone plane située le long d'un côté de la puce et pourvue de plages de connexion électrique sérigraphiées sur lesquelles sont soudées les extrémités de fils de connexion reliant la puce au boîtier, caractérisé en ce que la troisième zone est au même niveau de hauteur que la deuxième zone, et en ce qu'une tranchée, dont le fond est plus profond que le niveau de la première zone, sépare complètement la deuxième et la troisième zone tout le long dudit côté. Le côté considéré est un petit côté de la puce si le boîtier est allongé. Ce peut être les deux petits côtés. Sur les grands côtés un trottoir de soudure classique peut être prévu, c'est-à-dire une quatrième zone plane, pourvue de plages de connexion sérigraphiées sur lesquelles sont soudés des fils de connexion reliant la puce au boîtier ; la quatrième zone a une hauteur supérieure à la deuxième et la troisième zones. Mais on peut aussi prévoir que les quatre côtés sont dépourvus de trottoir de soudure.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un composant électronique, comprenant la réalisation d'un boîtier céramique avec des plages de connexion sérigraphiées autour d'une première zone centrale plane destinée à recevoir la face arrière d'une puce de circuit intégré, la rectification par meulage de cette première zone plane, en laissant subsister une deuxième zone plane non rectifiée autour de la puce, le collage de la puce sur la première zone plane rectifiée, et la soudure de fils de connexion entre la puce et les plages de connexion du boîtier, les plages de connexion situées le long d'au moins un côté de la puce étant formées sur une troisième zone plane, caractérisé en ce que le niveau de hauteur de la première zone est la même que le niveau de la deuxième zone et de la troisième zone avant l'opération de rectification, et est légèrement inférieur à celui des deuxième et troisième zones après l'opération de rectification, et en ce que la deuxième zone est séparée de la troisième par une tranchée sur tout le long du dit côté, le niveau du fond de la tranchée étant plus profond que le niveau de la première zone rectifiée.
Cette tranchée est formée de préférence avant l'opération de rectification ; en pratique, le boîtier de céramique est formé par empilement de feuilles de céramique crue prédécoupées puis cuisson de l'empilement, et la tranchée est formée par découpe de l'une des feuilles de céramique.
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 une coupe verticale d'un boîtier céramique 10 contenant une puce ; - la figure 2 représente une vue en coupe agrandie, parallèle à un petit côté ; - la figure 3 représente une vue en coupe agrandie, parallèlement à un grand côté, montrant la longueur nécessaire pour un fil de connexion ; 15 - la figure 4 représente une vue analogue à celle de la figure 3 mais utilisant la solution selon l'invention.
Sur la figure 1, un boîtier de céramique est représenté, avec un corps 10 composé de feuilles de céramique cocuites, des broches de 20 connexion 20, une puce 30 dans une cavité du boîtier, reliée électriquement aux broches 20, et une plaque 40 de fermeture de la cavité, collée à la partie supérieure du boîtier. La plaque 40 est une plaque de verre dans le cas d'une puce de capture d'image visible. Le boîtier de céramique est formé classiquement par empilement 25 de feuilles de céramique crue prédécoupées à l'endroit de la cavité de manière que l'empilement des découpes donne la forme désirée à la cavité. Les feuilles de céramique crue portent des interconnexions électriques sérigraphiées, cuites avec la céramique. Parmi ces interconnexions, des plages de connexion dénudées (non recouvertes par 30 une feuille de céramique) sont prévues pour permettre la soudure de fils de liaison entre la puce et le boîtier. La figure 2 représente un détail agrandi montrant la liaison électrique entre la puce et le boîtier. La coupe est faite parallèlement à un petit côté de la puce, de sorte qu'on voit la liaison par un fil de soudure entre 35 un plot de la puce et une plage de connexion du boîtier située sur un grand côté de la puce. La cavité est en forme de cuvette à plusieurs niveaux parmi lesquels on considérera des zones sur trois niveaux : une première zone Z1 sur un premier niveau de hauteur Al qui constitue le fond de la cavité après l'opération de rectification par meulage ; la puce 30 est collée par une colle 140 dans la zone Z1 ; une deuxième zone Z2 qui entoure la première zone qui est à une deuxième niveau A2 légèrement au-dessus du niveau de la zone Z1 ; le deuxième niveau est le niveau du fond de la cavité immédiatement après cuisson de la céramique mais avant l'opération de meulage. La différence entre les niveaux Al et A2 peut être d'environ 0,25 millimètre. La zone Z2 représente donc la partie non rectifiée du fond de la cavité ; elle résulte du fait que la meule ne peut pas accéder à toutes les parties du fond de la cavité et qu'il faut laisser des marges latérales pour le passage de la meule. Une troisième zone Z3 entoure la deuxième zone Z2 et est à un troisième niveau A3, plus élevé que le premier niveau ; elle constitue une marche d'escalier ou trottoir de soudure périphérique qui porte les plages de connexion dénudées du boîtier. Une plage 120 est visible sur la figure 2, et un fil conducteur 130 est soudé entre cette plage et un plot de connexion de la puce. La zone Z3 de troisième niveau longe la zone Z2 sur les grands côtés de la puce (ou sur un seul grand côté si toutes les connexions se font sur un seul des deux grands côtés). Cette disposition de la figure 2 est celle qui est adoptée pour les grands côtés de la puce. Mais elle s'avère difficile à utiliser pour les petits côtés. La figure 3 représente une coupe selon un plan parallèle aux grands côtés montrant ce qui se passerait si on adoptait la même disposition pour une connexion sur les petits côtés. A cause du fait que la meule se déplace parallèlement aux grands côtés, il devient nécessaire de prévoir que la distance D entre le bord de la puce 30 et le bord du trottoir de soudure est la somme de trois distances de sécurité Ma, Mb et Mc. Ma est une marge pour loger la puce dans la cavité ; elle peut faire par exemple entre 0,5 et 1 mm ; cette marge était prévue aussi sur la figure 2. Mb est la marge due au congé longitudinal de meulage ; elle est liée au diamètre de la meule et correspond à une zone de transition Z'l dans laquelle le fond de la cavité descend progressivement du niveau non rectifié A2 au niveau rectifié Al ; elle peut faire environ 1,5 mm de long dans la direction d'avance de la meule ; la marge Mb n'est pas nécessaire sur la figure 2 car la direction d'avance de la roue de meulage est la direction des grands côtés et le congé latéral d'usinage est très faible. Enfin, Mc est une marge de sécurité longitudinale pour permettre la descente et la montée de la roue de meulage au début et à la fin de l'opération sans toucher le trottoir de soudure ; elle est d'environ 2 millimètres ; cette marge peut être beaucoup plus faible dans le sens transversal (comme sur la figure 2). Au total, la distance D=Ma+Mb+Mc entre la puce et le trottoir de soudure sur les petits côtés impose d'utiliser des fils de connexion de plus de 6 millimètres, ce qui est trop pour certaines applications. C'est pourquoi on évitait dans le passé de mettre des connexions sur les petits côtés dans ces applications. La figure 4 représente la structure des petits côtés du boîtier selon l'invention. La coupe est parallèle aux grands côtés comme à la figure 3.
15 Sur la figure 4, on distingue : - la zone Z1 dans laquelle est collée la puce ; le niveau Al de la zone Z1 est le niveau du fond de la cavité après l'opération de rectification par meulage horizontal ; - la zone Z2 non rectifiée qui entoure la zone Z1 sur toute sa 20 périphérie ; son niveau A2 est le niveau du fond de la cavité avant l'opération de rectification ; il est légèrement supérieur à celui de la zone Z1 ; - la zone de transition Z'l entre les deux zones Z1 et Z2, qui est le congé longitudinal formé par la meule, dont la pente est en relation avec le diamètre de la meule ; 25 - la zone Z3 portant les plages de connexion le long d'un petit côté ; cette zone est au même niveau A2 que la deuxième zone Z2, contrairement à la configuration de la figure 3 ; il n'y a donc pas de trottoir de soudure ; - et enfin une tranchée 150 qui sépare complètement la zone Z2 et la zone Z3 le long du petit côté considéré ; cette tranchée définit une 30 quatrième zone Z4 entre les zones Z2 et Z3 ; le niveau du fond de la tranchée est inférieur au niveau Al du fond de la cavité rectifiée. La tranchée est de préférence réalisée avant l'opération de rectification. Comme le boîtier est formé par empilement de feuilles de céramique crue prédécoupées puis cuisson de l'empilement, on prévoit de préférence que la tranchée est formée par une découpe de l'une des feuilles de céramique. Sa profondeur peut être d'environ 0,5 millimètre. La tranchée permet d'éviter que la colle 140 ou les solvants de la colle ne coulent jusqu'aux plages de connexion conductrices 120 en risquant 5 de les détériorer. La longueur du fil de connexion 130 est notablement réduite par rapport à la figure 3 : bien que la somme des marges de sécurité Ma, Mb, et Mc soit la même qu'à la figure 3, la marge Mc est maintenant prévue entre la puce et le bord intérieur de la cavité et non plus entre la puce et le bord du 10 trottoir de soudure. La longueur du fil de connexion peut être diminuée de la largeur du trottoir, c'est-à-dire environ 1,5 à 2 millimètres. En ce qui concerne la soudure de fils de liaison entre la puce et le boîtier sur les grands côtés de la puce, on peut prévoir deux solutions. Dans une première solution, on utilise un trottoir de soudure à une 15 hauteur A3 supérieure au niveau A2, exactement comme à la figure 2. Dans une deuxième solution, on adopte pour les grands côtés la même configuration que celle des petits côtés (figure 4) avec des plages de connexion dans une zone Z3 au niveau A2 et une tranchée entre la zone Z2 et la zone Z3, avec cependant cette différence par rapport à la figure 4 qu'il 20 n'y a pas de zone de transition Z'1 (ou une zone extrêmement réduite qui est le congé latéral d'usinage de la meule). L'invention est applicable dans les cas où les connexions sont exclusivement sur les petits côtés. 25

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS1. Composant électronique comprenant une puce de circuit-intégré (30) montée dans une cavité d'un boîtier céramique (10), dans lequel la cavité comprend une première zone plane (Z1) rectifiée par meulage, sur laquelle est collée la puce, une deuxième zone plane (Z2) entourant la première zone et à un niveau légèrement supérieur à la première zone, une troisième zone plane (Z3) située le long d'un côté de la puce et pourvue de plages de connexion électrique sérigraphiées (120) sur lesquelles sont soudées les extrémités de fils de connexion (130) reliant la puce au boîtier, caractérisé en ce que la troisième zone est au même niveau de hauteur que la deuxième zone, et en ce qu'une tranchée (150), dont le fond est plus profond que le niveau de la première zone, sépare complètement la deuxième et la troisième zone tout le long dudit côté.
  2. 2. Composant électronique selon la revendication 1, caractérisé 15 en ce que la puce est une puce allongée ayant deux grands côtés et deux petits côtés, et en ce que le côté considéré est un petit côté de la puce.
  3. 3. Composant électronique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la deuxième zone, la troisième zone, et la tranchée sont prévues 20 le long de chacun des deux petits côtés de la puce.
  4. 4. Composant électronique selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le boîtier comprend une quatrième zone plane, pourvue de plages de connexion sérigraphiées sur lesquelles sont soudés 25 des fils de connexion reliant la puce au boîtier, la quatrième zone s'étendant le long d'un grand côté de la puce et ayant un niveau de hauteur supérieur à celui des deuxième et troisième zones.
  5. 5. Procédé de fabrication d'un composant électronique, 30 comprenant la réalisation d'un boîtier céramique (10) avec des plages de connexion (120) sérigraphiées autour d'une première zone centrale plane (Z1) destinée à recevoir la face arrière d'une puce (30) de circuit intégré, la rectification par meulage de cette première zone plane, en laissant subsister15une deuxième zone plane (Z2) non rectifiée autour de la puce, le collage de la puce sur la première zone plane rectifiée, et la soudure de fils de connexion (130) entre la puce et les plages de connexion du boîtier, les plages de connexion situées le long d'au moins un côté de la puce étant formées sur une troisième zone plane (Z3), caractérisé en ce que le niveau de la première zone est la même que le niveau de la deuxième zone et de la troisième zone avant l'opération de rectification, et est légèrement inférieur à celui des deuxième et troisième zones après l'opération de rectification, et en ce que la deuxième zone est séparée de la troisième par une tranchée (150) sur tout le long du dit côté, le niveau du fond de la tranchée étant plus profond que le niveau de la première zone rectifiée.
  6. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la tranchée est formée avant l'opération de rectification.
  7. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le boîtier de céramique est formé par empilement de feuilles de céramique crue prédécoupées puis cuisson de l'empilement, et en ce que la tranchée est formée par découpe de l'une des feuilles de céramique. 20
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