FR2968126A1 - Boitier semi-conducteur a via thermique et procédé de fabrication - Google Patents

Boitier semi-conducteur a via thermique et procédé de fabrication Download PDF

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Abstract

Boîtier semi-conducteur et procédé de fabrication, dans lesquels un bloc d'encapsulation (17, 33) d'une puce et de fils de connexion électrique de cette puce présente au moins un évidement avant (20) au-dessus de la puce et dans lesquels une matière de remplissage conductrice thermique (21a) remplit ledit évidement avant, de façon à former un via thermique (21).

Description

GRB 10-4111 FR 1 Boîtier semi-conducteur à via thermique et procédé de fabrication
La présente invention concerne le domaine des boîtiers semi-conducteurs. On connaît des boîtiers semi-conducteur qui comprennent une plaque support de connexion électrique, au moins une puce de circuits intégrés présentant sur une face avant des circuits intégrés et, périphériquement, des plots avant de connexion électrique et dont une face arrière est fixée sur une face avant de la plaque support, des fils de connexion électrique reliés aux plots avant de la puce et à des plots avant de la plaque support, et un bloc d'encapsulation sur la face avant de la plaque support, dans lequel sont noyés la puce et les fils de connexion électrique. En vue d'évacuer la chaleur produite par la puce, de tels boîtiers connus peuvent être équipés d'une plaque métallique placée sur le bloc d'encapsulation et dont le bord périphérique est noyé dans le bloc d'encapsulation et peuvent être équipés d'un radiateur métallique collé sur la plaque métallique. Néanmoins, il s'avère qu'une telle disposition est insuffisamment performante dans le cas où la quantité de chaleur à évacuer est importante. I1 est proposé un boîtier semi-conducteur qui comprend un plaque support de connexion électrique ; au moins une puce de circuits intégrés présentant sur une face avant des circuits intégrés et, périphériquement, des plots avant de connexion électrique et dont une face arrière est fixée sur une face avant de la plaque support ; des fils de connexion électrique reliés aux plots avant de la puce et à des plots avant de la plaque support ; un bloc d'encapsulation sur la face avant de la plaque support et dans lequel sont noyés la puce et les fils de connexion électrique ; au moins un évidement avant aménagé au-dessus de la puce et comprenant au moins un trou formé dans le bloc d'encapsulation dans au moins une zone exempte de fils ou de plots de connexion électrique ; et une matière de remplissage conductrice thermique, remplissant ledit évidement avant, de façon à former un via thermique. La matière de remplissage conductrice thermique peut présenter un coefficient de transfert thermique supérieur à celui de la matière formant le bloc d'encapsulation. Le boîtier peut comprendre une plaque métallique présentant au moins une partie s'étendant sur le bloc d'encapsulation, ledit évidement avant comprenant au moins une ouverture aménagée au travers de cette plaque métallique.
Le boîtier peut comprendre un radiateur fixé au-dessus du bloc d'encapsulation et passant devant ledit évidement, ce radiateur étant relié thermiquement à la matière de remplissage de cet évidement. Le radiateur peut être fixé sur le bloc d'encapsulation par l'intermédiaire d'une couche en une matière conductrice thermique, cette couche s'étendant sur la matière de remplissage dudit évidement. Le radiateur peut être fixé sur le bloc d'encapsulation par l'intermédiaire d'une couche en une matière conductrice thermique, cette couche remplissant ledit évidement. I1 est également proposé un procédé de fabrication d'un boîtier semi-conducteur muni d'un radiateur, comprenant : réaliser au moins un évidement avant dans un bloc d'encapsulation au-dessus d'au moins une puce de circuits intégrés, dans au moins une zone exempte de fils ou de plots de connexion électrique ; remplir ledit évidement d'une matière conductrice thermique ; et fixer le radiateur sur le bloc d'encapsulation par l'intermédiaire d'une couche en une matière conductrice thermique s'étendant sur la matière conductrice thermique remplissant ledit évidement. I1 est également proposé un procédé de fabrication d'un boîtier semi-conducteur muni d'un radiateur, comprenant : réaliser au moins un évidement avant dans le bloc d'encapsulation au-dessus d'au moins une puce de circuits intégrés, dans au moins une zone exempte de fils ou de plots de connexion électrique ; et fixer le radiateur sur le bloc d'encapsulation par l'intermédiaire d'une couche en une matière conductrice thermique, cette matière conductrice thermique remplissant ledit évidement.
Le radiateur peut être fixé sur le bloc d'encapsulation par l'intermédiaire d'une plaque métallique, ledit évidement comprenant au moins une ouverture aménagée au travers de cette plaque métallique.
Des boîtiers semi-conducteurs vont maintenant être décrits à titre d'exemples non limitatifs, illustrés par le dessin annexé dans lequel : - la figure 1 représente une coupe d'un boîtier semi-conducteur, et - la figure 2 représente une coupe d'un autre boîtier semi- conducteur. Comme illustré sur la figure 1, un boîtier semi-conducteur 1 comprend une plaque support de connexion électrique 2 incluant un réseau intégré d'interconnexion électrique 3, une puce de circuits intégrés 4 présentant dans une face avant 5 des circuits intégrés 6 et dont une face arrière 7 est fixée sur une partie centrale d'une face avant 8 de la plaque support 2 par l'intermédiaire d'une couche de colle et/ou de billes ou de piliers d'interconnexion électrique. Des fils de connexion électrique 10 relient des plots avant 11 de la puce 3, aménagés sur la périphérie de sa face avant 5, et des plots avant 3a du réseau d'interconnexion électrique 3 de la plaque support 2, aménagés sur sa face avant 8. Sur la face arrière de la plaque support 2 sont disposées en particulier des billes de connexion électrique extérieure 12 placées sur des plots arrière 3b du réseau d'interconnexion 3 de la plaque support 2. Le boîtier semi-conducteur 1 comprend également une plaque métallique 13, par exemple en cuivre recouvert de nickel, qui présente une partie centrale 14 s'étend au-dessus et à distance de la puce 4 et des fils de connexion 10, parallèlement à la face avant 8 de la plaque support 2, et qui présente un ou des rebords 15 repliés vers la face avant 8 de la plaque support 2 et en appui sur cette face avant 8, ces rebords 15 étant aménagés de façon à laisser des ouvertures de passage 16. Le boîtier semi-conducteur 1 comprend en outre un bloc d'encapsulation 17, en une matière telle que par exemple une résine époxy injectée dans un moule, formé sur la face avant 8 de la plaque support 2 et dans lequel sont noyés la puce 4, les fils de connexion électrique 10 et les rebords 15 de la plaque métallique 13, la matière pouvant s'écouler au travers des passages 16 de la plaque métallique 13 lors de l'injection de façon à remplir cette plaque. Le bloc d'encapsulation 17 présente alors une face avant 18 parallèle à la face avant 8 de la plaque support 2 et dans le plan de la face avant 19 de la plaque métallique 13. Le boîtier semi-conducteur 1 présente au moins un évidement 20 qui est situé au-dessus de la puce 4 et qui est formé par une ouverture 20a aménagée au travers de la partie centrale 14 de la plaque métallique 13 et par un trou 20b aménagé dans le bloc d'encapsulation 17 soit jusqu'à la face avant 5 de la puce 4 soit jusqu'à faible distance de cette face avant 5, en laissant subsister une fine couche de la matière du bloc d'encapsulation 17. L'évidement 20 est rempli d'une matière conductrice thermique 21a de façon à former un via thermique avant 21. Cette matière conductrice thermique 21a présente une capacité ou un coefficient de transfert thermique supérieure, voire largement supérieure, à la capacité ou au coefficient de transfert thermique de la matière formant le bloc d'encapsulation 17. La matière conductrice thermique 21a formant le via thermique avant 21 peut être une pâte thermique ou un polymère chargé, éventuellement à changement de phase.
Le boîtier semi-conducteur 1 est équipé d'un radiateur 22 qui présente une face arrière plate 23 fixée sur la plaque métallique 13 et éventuellement sur la face avant plate 18 du bloc d'encapsulation 17 par l'intermédiaire d'une couche de colle conductrice thermique 24, de telle sorte que la face arrière 23 du radiateur 22 passe devant l'évidement 20 et que la couche de colle conductrice thermique 24 est en contact avec ou liée à la matière conductrice thermique 21 remplissant l'évidement 20. I1 résulte de ce qui précède que la chaleur produite par la puce 4 peut être au moins en partie évacuée vers l'avant par le radiateur 22 préférentiellement par l'intermédiaire de la matière conductrice thermique 21 remplissant l'évidement 20 et accessoirement au travers du bloc d'encapsulation 17, qui est plutôt un isolant thermique, et de la plaque métallique 13. La plaque métallique 13 et la couche de colle conductrice thermique 24 contribuent à une répartition surfacique de la chaleur par rapport à la face arrière 23 du radiateur 22. Selon une variante de réalisation, on peut réaliser le passage 20a au travers de la plaque métallique 13 avant sa mise en place, puis réaliser le trou 20b dans le bloc d'encapsulation 17 au travers du passage 20a de la plaque métallique 13 installée.
Selon une autre variante de réalisation, on peut équiper le bloc d'encapsulation d'une plaque métallique 13 pleine, puis réaliser le passage 20a au travers de la plaque métallique, par exemple par perçage mécanique à l'aide d'un outil, et réaliser le trou 20b dans le bloc d'encapsulation 17 au travers de ce passage 20a réalisé in situ.
Le trou 20a peut être réalisé par une attaque laser ou mécaniquement par un outil, sans cependant attaquer la face avant 5 de la puce 4 pour ne pas attaquer ses circuits intégrés 6. Selon une variante de réalisation, on peut remplir l'évidement 20 par la matière de remplissage thermique 21, puis fixer le radiateur 22 par l'intermédiaire de la couche de colle thermique 24. La matière de remplissage thermique 21 peut être une pâte thermique ou un polymère chargé de particules thermiques, mise en place par exemple à l'aide d'une seringue, et éventuellement durcie après mise en place. Selon une autre variante de réalisation, on peut fixer, directement, le radiateur 22 par l'intermédiaire de la couche de colle thermique 24, cette couche de colle thermique 24 étant adaptée pour en même temps remplir l'évidement 20. Dans un cas comme dans l'autre, la couche de colle conductrice thermique 24 peut être une pâte thermique ou un polymère chargé, éventuellement à changement de phase. En outre, une grille métallique peut être incluse dans cette couche de colle 24. Comme illustré sur la figure 2, un boîtier semi-conducteur 25 se différencie de celui décrit en référence à la figure 1 par le fait qu'il comprend au moins deux puces de circuits intégrés 26 et 27, dont les faces arrière sont fixées sur une face avant 28a d'une plaque support 28 incluant un réseau d'interconnexion électrique 29. Des fils de connexion électrique 30 et 31 relient respectivement des plots avant des puces 26 et 27 et des plots avant de connexion électrique de la plaque support 28 et des billes de connexion électrique extérieure 32 sont placées sur des plots arrière de connexion électrique de la plaque support 28. Comparativement, le boîtier semi-conducteur 25 ne comprend pas la plaque métallique 13 du boîtier semi-conducteur 1. Le boîtier semi-conducteur 25 comprend un bloc d'encapsulation 33 formé sur la face avant 28a de la plaque support 28 et dans lequel sont noyés les puces 26 et 27 et les fils de connexion électrique 30 et 31, de telle sorte que le bloc d'encapsulation 33 présente une face avant 34 parallèle à la face avant 28a de la plaque support 28. Comparativement encore, le bloc d'encapsulation 33 présente au moins deux évidements 35 et 36 aménagés au-dessus de la puce 26 sous la forme de trous 37 et 38 et au moins un évidement 39 ménagés au-dessus de la puce 27 sous la forme d'un trou 40. Comme dans l'exemple précédent, le boîtier semi-conducteur 25 est équipé d'un radiateur 41, qui cette fois est fixé directement sur la face avant 34 du bloc d'encapsulation 33 par l'intermédiaire d'une couche de colle thermique 42. Comme dans l'exemple précédent, les évidements 35, 36 et 39 peuvent, préalablement au montage du radiateur 41, être remplis d'une matière de remplissage thermique 43a, 44a et 45a, formant des vias thermiques 43, 44 et 45, ou peuvent être remplis par la couche de colle thermique 42 lors du montage du radiateur 41 de façon à former ces vias thermiques. La présente invention ne se limite pas aux exemples ci-dessus décrits. Bien d'autres variantes de réalisation et de combinaison des dispositions décrites sont possibles, sans sortir du cadre défini par les revendications annexées.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS1. Boîtier semi-conducteur, comprenant : une plaque support de connexion électrique (2, 28) ; au moins une puce de circuits intégrés (4, 26, 27) présentant sur une face avant des circuits intégrés et, périphériquement, des plots avant de connexion électrique et dont une face arrière est fixée sur une face avant de la plaque support ; des fils de connexion électrique (10, 30) reliés aux plots avant de la puce et à des plots avant de la plaque support ; un bloc d'encapsulation (17, 33) sur la face avant de la plaque support et dans lequel sont noyés la puce et les fils de connexion électrique, au moins un évidement avant (20, 35) aménagé au-dessus de la puce et comprenant au moins un trou (20b, 37) formé dans le bloc d'encapsulation dans au moins une zone exempte de fils ou de plots de connexion électrique ; et une matière de remplissage conductrice thermique (21a, 43a), remplissant ledit évidement avant, de façon à former un via thermique (21, 43).
  2. 2. Boîtier selon la revendication 1, dans lequel la matière de remplissage conductrice thermique (21, 43) présente un coefficient de transfert thermique supérieur à celui de la matière formant le bloc d'encapsulation (17, 33).
  3. 3. Boîtier selon l'une des revendications 1 et 2, comprenant une plaque métallique (13) présentant au moins une partie (14) s'étendant sur le bloc d'encapsulation, ledit évidement avant (20) comprenant au moins une ouverture (20a) aménagée au travers de cette plaque métallique.
  4. 4. Boîtier selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un radiateur (22, 41) fixé au-dessus du bloc d'encapsulation et passant devant ledit évidement, ce radiateur étant relié thermiquement à la matière de remplissage de cet évidement.
  5. 5. Boîtier selon la revendication 4, dans lequel le radiateur est fixé sur le bloc d'encapsulation par l'intermédiaire d'une couche (14,42) en une matière conductrice thermique, cette couche s'étendant sur la matière de remplissage dudit évidement.
  6. 6. Boîtier selon la revendication 4, dans lequel le radiateur est fixé sur le bloc d'encapsulation par l'intermédiaire d'une couche en une matière conductrice thermique, cette couche remplissant ledit évidement.
  7. 7. Procédé de fabrication d'un boîtier semi-conducteur muni d'un radiateur, ce boîtier semi-conducteur comprenant une plaque support de connexion électrique ; au moins une puce de circuits intégrés présentant sur une face avant des circuits intégrés et, périphériquement, des plots avant de connexion électrique et dont une face arrière est fixée sur une face avant de la plaque support ; des fils de connexion électrique reliés aux plots avant de la puce et à des plots avant de la plaque support ; et un bloc d'encapsulation sur la face avant de la plaque support, dans lequel sont noyés la puce et les fils de connexion électrique ; ce procédé comprenant : réaliser au moins un évidement avant dans le bloc d'encapsulation au-dessus de la puce, dans au moins une zone exempte de fils ou de plots de connexion électrique ; remplir ledit évidement d'une matière conductrice thermique ; et fixer le radiateur sur le bloc d'encapsulation par l'intermédiaire d'une couche en une matière conductrice thermique s'étendant sur la matière conductrice thermique remplissant ledit évidement.
  8. 8. Procédé de fabrication d'un boîtier semi-conducteur muni d'un radiateur, ce boîtier semi-conducteur comprenant une plaque support de connexion électrique ; au moins une puce de circuits intégrés présentant sur une face avant des circuits intégrés et, périphériquement, des plots avant de connexion électrique et dont une face arrière est fixée sur une face avant de la plaque support ; des fils de connexion électrique reliés aux plots avant de la puce et à des plots avant de la plaque support ; et un bloc d'encapsulation sur la face avant de la plaque support, dans lequel sont noyés la puce et les fils de connexion électrique ; ce procédé comprenant :réaliser au moins un évidement avant dans le bloc d'encapsulation au-dessus de la puce, dans au moins une zone exempte de fils ou de plots de connexion électrique ; et fixer le radiateur sur le bloc d'encapsulation par l'intermédiaire d'une couche en une matière conductrice thermique, cette matière conductrice thermique remplissant ledit évidement.
  9. 9. Procédé selon l'une des revendications 7 et 8, dans lequel le radiateur est fixé sur le bloc d'encapsulation par l'intermédiaire d'une plaque métallique, ledit évidement comprenant au moins une ouverture aménagée au travers de cette plaque métallique.
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