FR2994304A1 - Puce a montage en surface - Google Patents

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Olivier Ory
Coq Cedric Le
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STMicroelectronics Tours SAS
Universite de Tours
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Universite Francois Rabelais de Tours
STMicroelectronics Tours SAS
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Abstract

L'invention concerne une puce (300) à montage en surface comportant, du côté d'une face, des premier (303a) et second (303b) plots de connexion à un dispositif extérieur, dans laquelle, en vue de dessus, le premier plot a une forme générale allongée, et le second plot est un plot ponctuel non aligné avec le premier plot.

Description

B11815 - 10-T000-345 1 PUCE À MONTAGE EN SURFACE Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine des puces électroniques. Elle vise plus particulièrement des puces à montage en surface (ou montage flip chip), c'est-à-dire des puces comportant, du côté d'au moins une face, des plots de connexion électrique destinés à être brasés directement à des plages de contact d'un dispositif extérieur tel qu'une carte de circuit imprimé ou une autre puce. Exposé de l'art antérieur Les figures lA et lB représentent schématiquement une puce 100 à montage en surface. dessus, et la figure lB est une de la figure lA. La puce 100 La figure lA est une vue de vue en coupe selon le plan B-B comprend un substrat 101, par exemple un substrat semiconducteur, dans et sur lequel sont formés un ou plusieurs composants électroniques (non représentés). Du côté d'une face (face supérieure dans l'exemple représenté), la puce 100 comporte des plots de connexion électrique 103 (quatre plots dans cet exemple) destinés à être brasés directement à des plages de contact d'un dispositif extérieur (non représenté). Chaque plot 103 comprend une métallisation 105, par exemple de forme circulaire (vu de dessus), et un élément de connexion 107 tel qu'une bille de B11815 - 10-T000-345 2 soudure ou une goutte de brasure solidifiée, revêtant la métallisation 105. Lors de son assemblage dans un dispositif extérieur, la puce est positionnée de sorte que les éléments de connexion 107 soient en appui contre des plages de contact correspondantes du dispositif extérieur. L'ensemble est ensuite chauffé au-delà du point de fusion des éléments de connexion 107, pour réaliser la brasure. Certaines puces à montage en surface, par exemple certaines puces de composant discret ou certaines puces de micro-batterie, comportent seulement deux plots de connexion électrique du côté de leur face de connexion à un dispositif extérieur. Les figures 2A à 2C représentent schématiquement une puce à montage en surface 200 comportant seulement deux plots de connexion électrique 203 du côté de sa face de connexion à un dispositif extérieur (face supérieure dans l'exemple représenté). La figure 2A est une vue de dessus, et les figures 2B et 2C sont des vues en coupe respectivement selon les plans B-B et C-C de la figure 2A. Pour des raisons de stabilité mécanique, les plots 203 ne sont pas des plots ponctuels du type décrit en relation avec la figure 1, mais ont une forme allongée (en vue de dessus). Chacun des plots 203 comprend une métallisation 205 de forme allongée, formée du côté de la face supérieure du substrat 101, et un élément de connexion allongé 207 revêtant la métallisation 205. A titre d'exemple, la métallisation 205 comprend deux pastilles circulaires reliées par une bande conductrice, et l'élément de connexion 207 est réalisé à partir de deux billes de soudure ou de deux gouttes de pâte à braser disposées respectivement sur les deux pastilles circulaires. Après recuit, le matériau de soudure se répand sur toute la surface de la métallisation 205, et l'élément de connexion 207 prend une forme allongée comportant une arrête supérieure sensiblement rectiligne.
B11815 - 10-T000-345 3 Dans l'exemple représenté, la puce 200 a, vu de dessus, une forme générale rectangulaire. Les plots 203 sont disposés parallèles aux plus petits bords de la puce, respectivement à proximité des deux petits bords opposés de la puce. La longueur des plots 203 est du même ordre de grandeur que la longueur des petits bords de la puce. La puce 200 de la figure 2 présente l'avantage de pouvoir reposer en équilibre de façon stable sur ses plots de connexion 203 lorsqu'elle est retournée, ce qui facilite son montage dans un dispositif extérieur. On notera en particulier que si les plots 203 étaient des plots ponctuels du type décrit en relation avec la figure 1, la puce ne pourrait pas reposer de façon stable sur seulement deux plots. Ceci rendrait particulièrement délicates les manipulations d'assemblage de la puce dans un dispositif extérieur. De plus, ceci conduirait à un assemblage relativement fragile, et donc un dispositif final peu fiable. L'utilisation de plots allongés a toutefois pour inconvénient que ces plots occupent, vu de dessus, une surface supérieure à celle occupée par des plots ponctuels du type décrit en relation avec la figure 1. Ceci réduit d'autant la surface de substrat disponible pour réaliser des composants. De plus, ceci augmente les capacités parasites entre les plots et le substrat.
Résumé Ainsi, un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de prévoir une puce à montage en surface comportant uniquement deux plots de contact du côté d'une face de connexion à un dispositif extérieur, cette puce palliant au 30 moins en partie certains des inconvénients des puces existantes. Ainsi, un mode de réalisation de la présente invention prévoit une puce à montage en surface comportant, du côté d'une face, des premier et second plots de connexion à un dispositif extérieur, dans laquelle, en vue de dessus, le premier plot a B11815 - 10-T000-345 4 une forme générale allongée, et le second plot est un plot ponctuel non aligné avec le premier plot. Selon un mode de réalisation de la présente invention, en vue de dessus, la plus grande dimension du premier plot est 5 supérieure d'au moins un facteur 2 à celle du second plot. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la puce a, en vue de dessus, une forme générale rectangulaire. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le premier plot est sensiblement parallèle aux deux plus petits 10 bords de la puce. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le second plot est approximativement à équidistance entre les deux plus grands bords de la puce. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 15 en vue de dessus, la plus grande dimension du premier plot est au moins égale à la moitié de la plus petite largeur de la puce. Selon un mode de réalisation de la présente invention, en vue de dessus, la plus grande dimension du second plot est inférieure à 10 pour cent de la plus petite largeur de la puce. 20 Selon un mode de réalisation de la présente invention, en vue de dessus, la plus petite largeur du rectangle circonscrit au premier plot est sensiblement égale à la plus grande dimension du second plot. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 25 le premier plot comprend deux billes ou gouttes conductrices reliées entre elles par une bande conductrice. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le second plot comprend une bille ou goutte conductrice. Brève description des dessins 30 Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres 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 : B11815 - 10-T000-345 les figures lA et lB, précédemment décrites, sont des vues de dessus et en coupe représentant schématiquement un exemple d'une puce à montage en surface ; les figures 2A à 2C, précédemment décrites, sont des 5 vues de dessus et en coupe représentant schématiquement un autre exemple d'une puce à montage en surface ; la figure 3 est une vue de dessus représentant schématiquement un exemple d'un mode de réalisation d'une puce à montage en surface ; la figure 4 est une vue de dessus représentant schématiquement une variante de réalisation d'une puce à montage en surface ; et les figures SA à 5C sont des vues de dessus et en coupe représentant schématiquement une autre variante de 15 réalisation d'une puce à montage en surface. Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures et, de plus, comme cela est habituel dans la représentation des puces électroniques, les diverses figures ne sont pas tracées à 20 l'échelle. Description détaillée La figure 3 est une vue de dessus représentant schématiquement un exemple d'un mode de réalisation d'une puce à montage en surface. La puce 300 de la figure 3 comprend un 25 substrat 101, par exemple un substrat semiconducteur, dans et sur lequel peuvent être formés un ou plusieurs composants électroniques (non représentés). Du côté d'une face (face supérieure dans cet exemple), la puce 300 comporte deux plots de connexion électrique 303a et 303b destinés à être brasés 30 directement à des plages de contact d'un dispositif extérieur (non représenté). Le premier plot 303a est un plot de forme allongée, par exemple un plot du type décrit en relation avec les figures 2A à 2C, et le second plot 303b est un plot ponctuel, par exemple un plot du type décrit en relation avec 35 les figures lA et lB.
B11815 - 10-T000-345 6 Dans l'exemple représenté, la puce 300 a, vu de dessus, une forme approximativement rectangulaire, et les plots 303a et 303b sont disposés respectivement à proximité des deux plus petits bords de la puce. Dans cet exemple, le plot allongé 303a est disposé parallèlement aux petits bords de la puce, c'est-à-dire que, vu de dessus, sa plus grande dimension est parallèle aux petits bords de la puce, et le plot ponctuel 303b est disposé approximativement à équidistance des deux plus grands bords de la puce.
La combinaison d'un plot allongé avec un plot ponctuel permet d'une part que la puce 300 puisse reposer en équilibre de façon stable sur ses plots de connexion lorsqu'elle est retournée, puisque les plots 303a et 303b définissent respectivement une arrête ou bande rectiligne d'appui, et un point d'appui non aligné avec l'arrête, et d'autre part de réduire la surface occupée par les plots par rapport à une puce à deux plots allongés du type décrit en relation avec la figure 2. La stabilité d'appui offerte par les plots 303a et 303b garantit un montage aisé de la puce dans un dispositif extérieur, ainsi qu'une bonne résistance mécanique de l'assemblage. La diminution de la surface occupée par les plots augmente la surface de substrat disponible pour réaliser des composants, et limite les capacités parasites entre les plots et le substrat. Un autre avantage de la puce 300 est que la différence de forme entre le plot 303a et le plot 303b permet de différencier aisément les deux plots, et d'éviter des erreurs de polarisation du composant. A titre d'exemple, les billes de soudure ou gouttes de brasure utilisées pour former les éléments de connexion des 30 plots 303a et 303b ont un diamètre de l'ordre de 75 à 150 pin, et la longueur du plot allongé 303a est de l'ordre de 200 à 350 gm. L'homme du métier saura prévoir d'autres dispositions du plot allongé 303a et du plot ponctuel 303b, permettant d'obtenir les avantages susmentionnés. Ceci permet de pouvoir 35 tenir compte de contraintes de placement des composants de la B11815 - 10-T000-345 7 puce, et/ou de contraintes de placement des plages de connexion du dispositif extérieur. Par exemple, le plot allongé 303a pourra être orienté selon une direction non parallèle à un bord de la puce. Pour obtenir l'effet de stabilité mécanique recherché, on veillera cependant à ce que le plot allongé ne soit pas aligné avec le plot ponctuel, c'est-à-dire que, en vue de dessus, la plus grande dimension du plot allongé soit orientée selon une direction ne passant pas par le plot ponctuel.
Par ailleurs, le plot allongé 303a et le plot ponctuel 303b pourront avoir d'autres formes et/ou dimensions que celles décrites en relation avec la figure 3. De façon générale, au sens de la présente description, on entend par plot ponctuel tout plot tel que, lorsque la puce est retournée et que le plot repose sur une surface plane (avant brasage du plot à une plage de contact d'un dispositif extérieur), la région de contact entre le plot et cette surface plane est ponctuelle ou quasi ponctuelle, c'est-à-dire que sa plus grande dimension est négligeable devant les dimensions de la puce, par exemple inférieure à 10 pour cent de la plus petite largeur de la puce. Dans un mode de réalisation préféré, en vue de dessus, la plus grande dimension du plot 303b est inférieure à 10 pour cent de la plus petite largeur de la puce. Par ailleurs, on entend ici par plot de forme allongée tout plot tel que, lorsque la puce est retournée et que le plot repose sur une surface plane (avant brasage des plots à des plages de contact d'un dispositif extérieur), la région de contact entre le plot et cette surface plane est non ponctuelle, c'est-à-dire qu'elle comprend aux moins deux points séparés par une distance non négligeable devant les dimensions de la puce, par exemple une distance supérieure à 50 pour cent de la plus petite largeur de la puce. Dans un mode de réalisation préféré, en vue de dessus, la plus grande dimension du plot 303a est supérieure à 50 pour cent de la plus petite largeur de la puce. En vue de dessus, la plus grande dimension du plot allongé 303a est de préférence B11815 - 10-TOCO-345 8 supérieure d'au moins un facteur 2 à la plus grande dimension du plot ponctuel 303b. Par ailleurs, la plus petite largeur du rectangle circonscrit au plot allongé 303a est de préférence sensiblement égale à la plus grande dimension du plot ponctuel 303b. En outre, en vue de dessus, la plus grande largeur du rectangle circonscrit au plot allongé 303a est de préférence au moins deux fois plus grande que la plus petite largeur de ce même rectangle. La figure 4 est une vue de dessus représentant schématiquement une variante de réalisation d'une puce à montage en surface. La puce 400 de la figure 4 comprend les mêmes éléments que la puce 300 de la figure 3, mais diffère de la puce 300 en ce que le plot ponctuel 303b n'est pas situé à équidistance des deux plus grand bords de la puce, mais est à proximité d'un coin de la puce. Les figures aA à 5C représentent schématiquement une autre variante de réalisation d'une puce à montage en surface. La figure aA est une vue de dessus, et les figures 5B et 5C sont des vues en coupe respectivement selon les plans B-B et C-C de la figure aA. La puce 500 des figures aA à 5C diffère de la puce 300 de la figure 3 essentiellement par le mode de réalisation de ses plots de connexion électrique. La puce 500 comprend un plot allongé 503a et un plot ponctuel 503b, disposés sensiblement aux mêmes positions de la puce que les plots allongé 303a et ponctuel 303b de la puce 300 de la figure 3. Les plots 503a et 503b comprennent chacun une métallisation, respectivement 505a, 505b, formée du côté de la face supérieure du substrat 101. A titre d'exemple, en vue de dessus, la métallisation 505a a la forme d'une portion de bande rectangulaire, et la métallisation 505b a une forme approximativement carrée de côté égal à la plus petite largeur de la métallisation 503a. Les métallisations 505a et 505b sont chacune revêtues d'un élément de connexion, respectivement 507a, 507b. Les éléments de connexion 507a et 507b sont réalisés directement sous la forme d'une couche revêtant toute la surface des métallisations, par exemple par B11815 - 10-T000-345 9 dépôt électrolytique localisé d'un matériau de brasure, ou par dépôt de pâte à braser à travers un tamis. Des modes de réalisation particuliers de la présente invention ont été décrits. Diverses variantes et modifications 5 apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier pour renforcer la résistance mécanique et réduire les risques de court-circuit lors de l'assemblage de la puce dans un dispositif extérieur, on pourra prévoir de noyer partiellement les plots de connexion de la puce dans une couche de résine de protection recouvrant toute 10 la surface supérieure de la puce sur une épaisseur légèrement inférieure à la hauteur des plots. En complément ou alternativement, une couche de résine de protection peut également être prévue du côté de la puce ne comportant pas de plots de connexion à un dispositif extérieur, ainsi que sur les flancs de 15 la puce. Divers modes de réalisation avec diverses variantes ont été décrits ci-dessus. On notera que l'homme de l'art pourra combiner divers éléments de ces divers modes de réalisation et variantes sans faire preuve d'activité inventive.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Puce (300 ; 400 ; 500) à montage en surface comportant, du côté d'une face, des premier (303a ; 503a) et second (303b ; 503b) plots de connexion à un dispositif extérieur, dans laquelle, en vue de dessus, le premier plot a une forme générale allongée, et le second plot est un plot ponctuel non aligné avec le premier plot.
  2. 2. Puce (300 ; 400 ; 500) selon la revendication 1, dans laquelle, en vue de dessus, la plus grande dimension du premier plot (303a ; 503a) est supérieure d'au moins un facteur 2 à celle du second plot (303b ; 503b).
  3. 3. Puce (300 ; 400 ; 500) selon la revendication 1 ou 2 ayant, en vue de dessus, une forme générale rectangulaire.
  4. 4. Puce (300 ; 400 ; 500) selon la revendication 3, dans laquelle le premier plot (303a ; 503a) est sensiblement 15 parallèle aux deux plus petits bords de la puce.
  5. 5. Puce (300 ; 400 ; 500) selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle, le second plot (303b ; 503b) est approximativement à équidistance entre les deux plus grands bords de la puce. 20
  6. 6. Puce (300 ; 400 ; 500) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle, en vue de dessus, la plus grande dimension du premier plot (303a ; 503a) est au moins égale à la moitié de la plus petite largeur de la puce.
  7. 7. Puce (300 ; 400 ; 500) selon l'une quelconque des 25 revendications 1 à 6, dans laquelle, en vue de dessus, la plus grande dimension du second plot (303b ; 503b) est inférieure à 10 pour cent de la plus petite largeur de la puce.
  8. 8. Puce (300 ; 400 ; 500) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle, en vue de dessus, la plus 30 petite largeur du rectangle circonscrit au premier plot (303a ; 503a) est sensiblement égale à la plus grande dimension du second plot (303b ; 503b).
  9. 9. Puce (300 ; 400 ; 500) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle le premier plot (303a ;B11815 -
  10. 10-T000-345 11 503a) comprend deux billes ou gouttes conductrices reliées entre elles par une bande conductrice. 10. Puce (300 ; 400 ; 500) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle le second plot (303b ; 503b) 5 comprend une bille ou goutte conductrice.
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