FR3108776A1 - Procédé de fixation d’une puce électronique à une plaquette de support - Google Patents

Procédé de fixation d’une puce électronique à une plaquette de support Download PDF

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Luc Petit
Norbert Chevrier
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STMicroelectronics Grenoble 2 SAS
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Abstract

Un aspect de l’invention concerne un procédé de fixation d’une puce électronique (29a) sur un revêtement (21a) en métal noble d’une plaquette (20a) de support, ladite plaquette (20a) de support présentant sous ledit revêtement (21a) en métal noble une couche (23a) formée d’au moins un métal non noble, procédé dans lequel on chauffe ledit revêtement (21a) de façon à former un alliage dudit métal noble et dudit au moins un métal non noble en surface d’au moins une portion, dite portion (24a) d’adhérence, dudit revêtement, puis on fixe ladite puce électronique (29a) à l’aide d’un adhésif (28a) appliqué au moins sur ladite au moins une portion (24a) d’adhérence dudit revêtement (21a). Figure pour l’abrégé : Figure 6

Description

PROCÉDÉ DE FIXATION D’UNE PUCE ÉLECTRONIQUE À UNE PLAQUETTE DE SUPPORT
Des modes de réalisation et de mise en œuvre de l’invention concernent les circuits intégrés.
Un circuit intégré comprend généralement un boîtier renfermant au moins une puce électronique.
Certains boîtiers de circuit intégré connus comprennent une plaquette de support (désignée également par l’homme du métier par le terme anglais « lead frame ») présentant sur une face un revêtement en métal noble, tel que de l’or, sur lequel est fixé la puce électronique.
Les métaux nobles sont bien connus de l’homme du métier. Les métaux nobles sont des métaux qui résiste à la corrosion et à l’oxydation. Les métaux nobles sont notamment l’or, l’argent, le rhodium, l’osmium, le palladium, le ruthénium, l’iridium et le platine.
La plaquette de support peut comprendre en outre une couche d’au moins un métal non noble sous le revêtement en métal noble.
En particulier, on désigne par « métal non noble » tout métal qui n’est pas un métal noble.
La plaquette de support peut permettre de conduire de l’électricité entre la puce électronique et des broches de connexion reliées à la masse. La plaquette de support peut permettre également d’améliorer la dissipation thermique du circuit intégré.
On connaît plusieurs procédés de fixation d’une puce électronique sur une plaquette de support présentant un revêtement en métal noble.
En particulier, un procédé de fixation connu consiste à utiliser un adhésif conducteur.
Néanmoins, les adhésifs usuels présentent généralement des caractéristiques insuffisantes pour adhérer correctement au revêtement en métal noble de la plaquette de support. En outre, une délamination de l’adhésif peut apparaître du fait que l’adhésif adhère peu au revêtement en métal noble de la plaquette de support.
Certains adhésifs ont été conçus pour adhérer sur des métaux nobles tels que l’or. Néanmoins, ces adhésifs sont coûteux et comprennent généralement des substances toxiques.
Un autre procédé de fixation connu consiste à souder la puce électronique à la plaquette de support.
Néanmoins, un tel procédé de fixation présente l’inconvénient d’être difficile à réaliser pour fixer des puces de grandes dimensions, c’est-à-dire présentant une largeur supérieure à 1.5 mm
Il existe donc un besoin de proposer un procédé de fixation d’une puce électronique à une plaquette de support permettant d’éviter les inconvénients décrits ci-dessus.
Selon un aspect, il est proposé un procédé de fixation d’une puce électronique sur un revêtement en métal noble d’une plaquette de support, ladite plaquette de support présentant sous ledit revêtement en métal noble une couche formée d’au moins un métal non noble, procédé dans lequel on chauffe ledit revêtement de façon à former un alliage dudit métal noble et dudit au moins un métal non noble en surface d’au moins une portion, dite portion d’adhérence, dudit revêtement, puis on fixe ladite puce électronique à l’aide d’un adhésif appliqué au moins sur ladite au moins une portion d’adhérence dudit revêtement.
Un tel procédé de fixation permet donc d’obtenir un revêtement dont au moins une portion, dite portion d’adhérence, comprend un alliage comprenant un métal non noble. En particulier, le chauffage du revêtement permet de faire remonter dans le revêtement des particules de métal non noble de la couche disposée sous le revêtement. Les particules de métal non noble remontant dans le revêtement en métal noble permettent de créer ledit alliage.
Ladite au moins une portion d’adhérence permet d’éviter d’avoir uniquement un métal noble peu adhérent en surface du revêtement. La présence d’un métal non noble en surface du revêtement améliore ainsi l’adhérence du revêtement. La fixation de la puce électronique à la plaquette support par l’adhésif est alors améliorée.
Un adhésif usuel peut alors être utilisé, permettant ainsi d’éviter l’utilisation d’adhésifs coûteux conçus spécialement pour adhérer sur un métal noble et présentant des substances toxiques.
Avantageusement, le chauffage du revêtement fait également apparaître des rugosités en surface sur les portions d’adhérence chauffées. Ces rugosités améliorent également l’adhérence du revêtement.
En outre, un tel procédé de fixation présente l’avantage d’être peu coûteux.
Dans un mode de mise en œuvre avantageux, on chauffe ledit revêtement à l'aide d'un rayonnement laser dirigé sur ladite au moins une portion d’adhérence dudit revêtement.
Le rayonnement laser permet de chauffer localement de façon précise le revêtement.
Dans un mode de mise en œuvre avantageux, on chauffe ledit revêtement à une température supérieure à 800 K.
Dans un mode de mise en œuvre avantageux, ledit revêtement présente une épaisseur inférieure à 2µm.
Le métal noble peut être choisi parmi l’or, l’argent, le rhodium, l’osmium, le palladium, le ruthénium, l’iridium et le platine.
Dans un mode de mise en œuvre avantageux, le métal noble est choisi parmi l’or et le palladium.
Dans un mode de mise en œuvre avantageux, ledit au moins un métal non noble comprend du nickel.
Dans un mode de mise en œuvre avantageux, ledit au moins un métal non noble comprend du cuivre.
De préférence, l’adhésif est conducteur d’électricité.
Avantageusement, l’adhésif est conducteur thermique.
Dans un mode de mise en œuvre avantageux, l’adhésif est une colle époxyde.
La colle époxyde présente l’avantage de permettre une bonne conductivité thermique.
Dans un mode de mise en œuvre avantageux on chauffe au moins une portion, dite portion de rupture, du revêtement s’étendant entre une zone de câblage et une zone de fixation comprenant ladite au moins une portion d’adhérence de façon à former un alliage dudit métal noble et dudit au moins un métal non noble en surface de cette portion de rupture.
La portion de rupture permet de créer une rupture de surface en surface du revêtement entre une portion en métal noble de la zone de fixation de la puce et la portion de rupture en alliage de métal noble et de métal non noble.
La portion de rupture permet alors de réduire voire d’éliminer un risque de débordement de l’adhésif au-delà de la zone de fixation de la puce, notamment lorsque l’adhésif est une colle époxyde.
La portion de rupture permet ainsi de séparer la zone de fixation de la zone de câblage du revêtement.
Selon un autre aspect, il est proposé un circuit intégré comprenant : - une plaquette de support présentant :
○ un revêtement comprenant un métal noble et
○ une couche formée d’au moins un métal non noble sous ledit revêtement, et
- une puce électronique fixée par un adhésif sur le revêtement en métal noble de ladite plaquette de support,
et dans lequel ledit revêtement comprend en surface au moins une portion comprenant un alliage dudit métal noble et dudit au moins un métal non noble, l’adhésif s’étendant au moins sur ladite au moins une portion dudit revêtement.
Dans un mode de réalisation avantageux, ledit revêtement présente une épaisseur inférieure à 2µm.
Dans un mode de réalisation avantageux, le métal noble est choisi parmi l’or et le palladium.
Dans un mode de réalisation avantageux, ledit au moins un métal non noble comprend du nickel.
Dans un mode de réalisation avantageux, ledit au moins un métal non noble comprend du cuivre.
De préférence, l’adhésif est conducteur d’électricité.
Avantageusement, l’adhésif est conducteur thermique.
Dans un mode de réalisation avantageux, l’adhésif est une colle époxyde.
De préférence, le revêtement comprend au moins une portion, dite portion de rupture, s’étendant entre une zone de câblage et une zone de fixation comprenant ladite au moins une portion d’adhérence, cette portion de rupture présentant en surface un alliage dudit métal noble et dudit au moins un métal non noble.
D'autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée de modes de mise en œuvre et de réalisation, nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels :
,
illustrent schématiquement des modes de réalisation et de mise en œuvre de l’invention.
Les figures 1 à 6 illustrent un procédé de fixation d’une puce électronique 29a sur une plaquette 20a de support de circuit intégré.
Comme représenté à la figure 1 selon une vue en coupe et à la figure 2 selon une vue de dessus, la plaquette 20a de support comprend initialement un revêtement 21a en métal noble, tel que de l’or ou du palladium, et une couche 23a en métal non noble, tel que du nickel ou du cuivre, sous le revêtement 21a.
En particulier, une zone 25a de fixation d’une face 22a de fixation du revêtement 21a est utilisée pour fixer la puce électronique 29a.
Le procédé de fixation comprend une étape de chauffage S1 illustrée à la figure 3 dans laquelle au moins une portion, dite portion 24a d’adhérence, de la zone 25a de fixation du revêtement 21a est chauffée de façon à former un alliage dudit métal noble et dudit métal non noble jusqu’en surface de cette portion d’adhérence. Le résultat de cette étape de chauffage est également représenté à la figure 3 selon une vue en coupe et à la figure 4 selon une vue de dessus.
En particulier, on chauffe chaque portion 24a d’adhérence à l’aide d’un rayonnement laser. Le rayonnement laser permet de chauffer localement de façon précise le revêtement 21a. En variante, il est également possible de chauffer chaque portion 24a d’adhérence par chauffage infrarouge ou à l’aide d’une torche plasma.
Le revêtement 21a est chauffé jusqu’à atteindre une température supérieure à 800K, notamment comprise entre 800K et 1500 K.
Le chauffage du revêtement 21a permet de faire remonter dans chaque portion 24a d’adhérence des particules de métal non noble de la couche disposée sous cette portion 24a d’adhérence. Les particules de métal non noble remontant dans le revêtement 21a en métal noble permettent de créer ledit alliage.
Les portions 24a d’adhérence permettent d’améliorer l’adhérence en surface du revêtement 21a pour l’application d’un adhésif 28a permettant de fixer la puce électronique 29a à la plaquette 20a de support.
Avantageusement, le chauffage du revêtement 21a fait également apparaître des rugosités en surface sur les portions 24a d’adhérence chauffées. Ces rugosités améliorent également l’adhérence du revêtement 21a.
Un adhésif usuel peut alors être utilisé permettant ainsi d’éviter l’utilisation d’adhésifs coûteux conçus spécialement pour adhérer sur un métal noble et présentant des substances toxiques.
En outre, on chauffe également au moins une portion, dite portion 26a de rupture, du revêtement 21a, cette portion 26a de rupture s’étendant entre au moins une zone 27a de câblage et la zone 25a de fixation.
En particulier, chaque portion 26a de rupture est chauffée de façon à former un alliage dudit métal noble et dudit au moins un métal non noble jusqu’en surface de cette portion 26a de rupture.
Plus particulièrement, chaque portion 26a de rupture est chauffée de la même manière que décrit précédemment pour les portions 24a d’adhérence.
Chaque portion 26a de rupture permet de créer une rupture de surface en surface du revêtement entre une partie en métal noble de la zone 25a de fixation de la puce et la zone 27a de câblage.
La portion 26a de rupture permet alors de réduire voire d’éliminer un risque de débordement de l’adhésif 28a au-delà de la zone 25a de fixation de la puce dans la zone 27a de câblage.
Ensuite, comme représenté à la figure 5, on applique ledit adhésif 28a sur la zone 25a de fixation du revêtement 21a.
De préférence, l’adhésif 28a peut être conducteur d’électricité et conducteur thermique.
Plus particulièrement, l’adhésif 28a est une colle époxyde.
Ensuite, comme représenté à la figure 6, la puce électronique 29a est fixée au revêtement 21a à l’aide de l’adhésif 28a.
Un tel procédé de fixation présente l’avantage d’être peu coûteux.
La figure 7 illustre un circuit intégré 30 pouvant être obtenu en réalisant un procédé de fixation tel que décrit précédemment. Le circuit intégré 30 comprend ainsi un boîtier 31 de circuit intégré intégrant une puce électronique 29b.
Le boîtier 31 peut être de type matrice de billes (connu également de l’homme du métier sous l’acronyme « BGA » de l’anglais« Ball Grid Array »).
Le boîtier 31 peut comprendre ou non un capot 32 recouvrant la puce électronique 29b.
Le boîtier 31 comprend une plaquette 20b de support sur laquelle est fixée la puce électronique 29b.
En particulier, la plaquette 20b de support comprend un revêtement 21b s’étendant sur une couche 23b d’un métal non noble. La puce électronique est fixée à une face 22b de fixation du revêtement 21b.
Le revêtement 21b peut présenter une épaisseur inférieure à 2 µm, notamment comprise entre 0.1 µm et 2 µm. La couche 23b disposée sous le revêtement 21b peut présenter une épaisseur supérieure à 0.4 µm, notamment comprise entre 0.4 µmet 10 µm.
Le revêtement 21b comprend des portions en un métal noble et des portions, dites portions 24b d’adhérence, comprenant un alliage de ce métal noble et du même métal non noble que celui présent dans la couche s’étendant sous le revêtement.
En particulier, les portions 24b d’adhérence s’étendent jusqu’en surface du revêtement 21b, c’est-à-dire jusqu’à la face 22b de fixation du revêtement 21b.
Plus particulièrement, le métal noble peut être choisi parmi l’or et le palladium.
En outre, le métal non noble peut être du nickel ou du cuivre.
Ainsi, l’alliage peut être, par exemple, un alliage d’or et de nickel, ou bien un alliage d’or, de cuivre et de nickel, ou encore un alliage de palladium, de nickel et d’or ou bien un alliage d’or, de palladium, de nickel et de cuivre.
La puce électronique 2b est fixée sur une zone de fixation de la face 22b de fixation du revêtement. Cette zone de fixation comprend lesdites portions 24b d’adhérence.
Plus particulièrement, la puce électronique 29b est fixée sur le revêtement 21b à l’aide d’un adhésif 28b appliqué sur la zone de fixation du revêtement 21b.
De préférence, l’adhésif 28b peut être conducteur d’électricité et conducteur thermique.
L’adhésif 28b peut être une colle époxyde.
Ladite au moins une portion 24b d’adhérence permet d’éviter d’avoir uniquement un métal noble peu adhérent en surface du revêtement 21b. La présence d’un métal non noble en surface du revêtement 21b améliore ainsi l’adhérence du revêtement 21b. La fixation de la puce électronique 29b à la plaquette 20b de support par l’adhésif 28b est alors améliorée.
Le revêtement 21b peut comprendre en outre des portions de rupture s’étendant entre une zone de câblage et la zone de fixation. Ces portions de rupture présentent un alliage dudit métal noble et dudit au moins un métal non noble s’étendant dans l’épaisseur du revêtement jusqu’en surface.

Claims (20)

  1. Procédé de fixation d’une puce électronique (29a) sur un revêtement (21a) en métal noble d’une plaquette (20a) de support, ladite plaquette (20a) de support présentant sous ledit revêtement (21a) en métal noble une couche (23a) formée d’au moins un métal non noble, procédé dans lequel on chauffe ledit revêtement (21a) de façon à former un alliage dudit métal noble et dudit au moins un métal non noble en surface d’au moins une portion, dite portion (24a) d’adhérence, dudit revêtement, puis on fixe ladite puce électronique (29a) à l’aide d’un adhésif (28a) appliqué au moins sur ladite au moins une portion (24a) d’adhérence dudit revêtement (21a).
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on chauffe ledit revêtement (21a) à l'aide d'un rayonnement laser dirigé sur ladite au moins une portion (24a) d’adhérence.
  3. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel on chauffe ledit revêtement (21a) à une température supérieure à 800 K.
  4. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit revêtement (21a) présente une épaisseur inférieure à 2µm.
  5. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le métal noble est choisi parmi l’or et le palladium.
  6. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel ledit au moins un métal non noble comprend du nickel.
  7. Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel ledit au moins un métal non noble comprend du cuivre.
  8. Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel l’adhésif (28a) est conducteur d’électricité.
  9. Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel l’adhésif (28a) est conducteur thermique.
  10. Procédé selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel l’adhésif (28a) est une colle époxyde.
  11. Procédé selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel on chauffe au moins une portion, dite portion (26a) de rupture, du revêtement (21a) s’étendant entre une zone (27a) de câblage et une zone (25a) de fixation comprenant ladite au moins une portion (24a) d’adhérence, de façon à former un alliage dudit métal noble et dudit au moins un métal non noble en surface de cette portion de rupture.
  12. Circuit intégré comprenant :
    - une plaquette (20b) de support présentant :
    ○ un revêtement (21b) comprenant un métal noble et
    ○ une couche (23b) formée d’au moins un métal non noble sous ledit revêtement (21b), et
    - une puce électronique (29b) fixée par un adhésif (28b) sur le revêtement (21b) en métal noble de ladite plaquette (20b) de support,
    et dans lequel ledit revêtement (21b) comprend au moins une portion, dite portion (24b) d’adhérence, comprenant en surface un alliage dudit métal noble et dudit au moins un métal non noble, l’adhésif (28b) s’étendant au moins sur ladite au moins une portion (24b) d’adhérence dudit revêtement.
  13. Circuit intégré selon la revendication 12, dans lequel ledit revêtement (21b) présente une épaisseur inférieure à 2µm.
  14. Circuit intégré selon l’une quelconque des revendications 12 ou 13, dans lequel le métal noble est choisi parmi l’or et le palladium.
  15. Circuit intégré selon l’une des revendications 12 à 14, dans lequel ledit au moins un métal non noble comprend du nickel.
  16. Circuit intégré selon l’une des revendications 12 à 15, dans lequel ledit au moins un métal non noble comprend du cuivre.
  17. Circuit intégré selon l’une des revendications 12 à 16, dans lequel l’adhésif (28b) est conducteur d’électricité.
  18. Circuit intégré selon l’une des revendications 12 à 17, dans lequel l’adhésif (28b) est conducteur thermique.
  19. Circuit intégré selon l’une des revendications 12 à 18, dans lequel l’adhésif (28b) est une colle époxyde.
  20. Circuit intégré selon l’une des revendications 12 à 19, dans lequel le revêtement (21b) comprend au moins une portion, dite portion de rupture, s’étendant entre une zone de câblage et une zone de fixation comprenant ladite au moins une portion d’adhérence, cette portion de rupture présentant en surface un alliage dudit métal noble et dudit au moins un métal non noble.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5262674A (en) * 1991-02-04 1993-11-16 Motorola, Inc. Chip carrier for an integrated circuit assembly
DE112014005600T5 (de) * 2013-12-09 2016-09-08 Denso Corporation Metallteil, Metallteiloberflächenbearbeitungsverfahren, Halbleitervorrichtung, Halbleitervorrichtungsherstellungsverfahren und Verbundformkörper

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