ITTO20010433A1 - Dispositivo elettronico tridimensionale e relativo processo di fabbricazione. - Google Patents

Dispositivo elettronico tridimensionale e relativo processo di fabbricazione. Download PDF

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Eugenio Faggioli
Mario Palazzetti
Riccardo Groppo
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Fiat Ricerche
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Description

D E S C R I Z I O N E
del brevetto per invenzione industriale
La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo elettronico tridimensionale e ad un relativo processo di fabbricazione.
Come è noto, un dispositivo elettronico tridimensionale è formato da una pluralità di circuiti elettronici integrati fra loro impilati ed alloggiati in un contenitore di materiale plastico, tipicamente resina epossidica, dal quale fuoriescono piedini di collegamento .
A tale proposito, nella figura 1 sono mostrate alcune fasi di un processo di fabbricazione di un dispositivo elettronico tridimensionale.
Secondo quanto mostrato in tale figura, il processo di fabbricazione comprende una operazione di impilamento ('"stacking") di una pluralità di circuiti elettronici integrati 1, tre soli dei quali sono mostrati nella figura 1 per semplicità illustrativa.
In particolare, ciascun circuito elettronico integrato 1 comprende un cosiddetto "die" 2 incollato o saldato su un supporto flessibile 3 avente una struttura simile a quella di una scheda di circuito stampato, e sul quale sono realizzati adduttori 4 ("leads") elettricamente collegati, da un lato, a rispettive piazzole di test 5 disposte, equispaziate l'una dall'altra, lungo una porzione perimetrale del supporto flessibile 3, e, dall'altro, a rispettive regioni del die 2 tramite fili di collegamento.
L'operazione di impilaggio è seguita da una operazione di stampaggio ("moulding" ), in cui viene realizzato un contenitore ("package") 7 di forma sostanzialmente parallelepipeda, il quale è realizzato di resina epossidica e racchiude i circuiti elettronici integrati 1 .
Il contenitore 7 è poi sottoposto ad una operazione di taglio ("sawing") per mettere in evidenza gli adduttori 4.
È quindi prevista una operazione di rivestimento ("plating") delle pareti laterali del contenitore 7, le quali vengono rivestite utilizzando un materiale di tipo conduttivo, costituito ad esempio da una lega di nichel e oro.
L'operazione di rivestimento è seguita da una operazione di interconnessione in cui, tramite un raggio laser, sul rivestimento conduttivo vengono definite piste conduttive 8 che collegano elettricamente fra loro gli adduttori 4 che necessitano di essere interconnessi, ottenendo così il dispositivo elettronico tridimensionale indicato nel suo insieme con 9.
Sebbene largamente utilizzato, il processo di fabbricazione sopra descritto presenta un inconveniente che non ne consente un adeguato sfruttamento di tutti i vantaggi. In particolare, il processo di fabbricazione sopra descritto è piuttosto complesso e costoso da realizzare e ciò costituisce una forte limitazione alla rapida diffusione dell'elettronica tridimensionale, soprattutto in-campo automobilistico.
Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un dispositivo elettronico tridimensionale ed un relativo processo di fabbricazione che consentano di superare almeno in parte gli inconvenienti sopra descritti .
Secondo la presente invenzione viene realizzato un dispositivo elettronico tridimensionale, come definito nella rivendicazione 1.
Secondo la presente invenzione viene inoltre realizzato un processo di fabbricazione di un dispositivo elettronico tridimensionale, come definito nella rivendicazione 11.
Per una migliore comprensione dell'invenzione, ne vengono ora descritte alcune forme di realizzazione preferite, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
- la figura 1 illustra un processo di fabbricazione noto di un dispositivo elettronico tridimensionale;
- la figura 2 illustra un dispositivo elettronico tridimensionale realizzato secondo una prima forma di realizzazione della presente invenzione;
- la figura 3 illustra un insieme di elementi distanziali conduttivi utilizzati nel dispositivo elettronico tridimensionale di figura 2; e
- la figura 4 illustra un dispositivo elettronico tridimensionale realizzato secondo una seconda forma di realizzazione della presente invenzione; e
- la figura 5 illustra un dispositivo elettronico tridimensionale realizzato secondo una terza forma di realizzazione della presente invenzione.
Nella figura 2 è mostrato, ed indicato nel suo insieme con 10, un dispositivo elettronico tridimensionale secondo una prima forma di realizzazione della presente invenzione.
In particolare, il dispositivo elettronico tridimensionale 10 comprende una pluralità di circuiti elettronici integrati fra loro impilati, due soli dei quali sono mostrati nella figura 2 per semplicità illustrativa ed indicati con 12 e 14, ciascuno dei quali comprende un dìe 16 incollato o saldato su un supporto flessibile 18 avente una struttura simile a quella di una scheda di circuito stampato, e sul quale sono realizzati adduttori 20 elettricamente collegati, da un lato, a rispettive piazzole di contatto 22 disposte, equispaziate l'una dall'altra, lungo una porzione perimetrale del supporto flessibile 18 stesso, e, dall'altro, a rispettive regioni del die 16 tramite fili di saldatura 24.
Nella figura 2 è inoltre mostrato schematicamente il modo con cui una piazzola di contatto, indicata con 22a, del primo circuito elettronico integrato 12 può essere elettricamente collegata ad una piazzola di contatto, indicata con 22b, del secondo circuito elettronico integrato 14 omologa alla piazzola di contatto 22a, ossia allineata verticalmente alla piazzola di contatto 22a stessa.
In particolare, secondo quanto illustrato in figura 2, le due piazzole di contatto 22a, 22b omologhe vengono elettricamente collegate fra loro attraverso un elemento distanziale conduttivo 26 realizzato di materiale polimerico conduttivo relativamente rigido estendentesi fra i due circuiti elettronici integrati 12, 14 in corrispondenza di un bordo dei due circuiti elettronici integrati 12, 14 stessi.
In dettaglio, l'elemento distanziale conduttivo 26 è conformato sostanzialmente a C e comprende una prima ed una seconda porzione di contatto 26a, 26b parallele fra loro e di forma sostanzialmente parallelepipeda, ed una porzione di collegamento 26c delle porzioni di contatto 26a, 26b, estendentesi trasversalmente fra le porzioni di contatto 26a, 26b stesse e presentante anch'essa forma sostanzialmente parallelepipeda.
In particolare, la prima e la seconda porzione di contatto 26a, 26b contattano rispettivamente le piazzole di contatto 22a, 22b dei circuiti elettronici integrati 12, 14, mentre la porzione di collegamento 26c realizza il collegamento elettrico fra la prima e la seconda porzione di contatto 26a, 26b, e quindi fra le piazzole di contatto 22a, 22b.
Inoltre, estendendosi fra i due circuiti elettronici integrati 12, 14 ed essendo realizzata di materiale polimerico conduttivo relativamente rigido, la porzione di collegamento 26c mantiene i due circuiti elettronici integrati 12, 14 stessi distanziati fra loro ad una distanza sostanzialmente pari alla lunghezza della porzione di collegamento 26c stessa.
L'accoppiamento elettrico stabile fra le porzioni di contatto 26a, 26b dell'elemento distanziale conduttivo 26 e le relative piazzole di contatto 22a, 22b dei due circuiti elettronici integrati 12, 14 viene realizzato durante la fase di incapsulamento dei circuiti elettronici integrati 12, 14 stessi, la quale comprende una fase iniziale in cui sui circuiti elettronici integrati 12, 14 viene esercitata una compressione assiale di entità tale da far aderire una contro l'altra, serrandole, le porzioni di contatto 26a, 26b dell'elemento distanziale 26 conduttivo sulle relative piazzole di contatto 22a, 22b, una fase intermedia in cui i circuiti elettronici integrati 12, 14 impilati ed assialmente compressi sono poi incollati o saldati su un leadframe (non mostrato) e collegati elettricamente agli adduttori del leadframe stesso, ed una fase finale in cui viene realizzato, in modo del tutto convenzionale, il contenitore plastico (non mostrato) che mantiene i due circuiti elettronici integrati 12, 14 nella posizione di accoppiamento raggiunta nella precedente fase di compressione assiale.
Inoltre, per fornire stabilità alla struttura interna del dispositivo elettronico tridimensionale 10, risulta evidente che almeno due elementi distanziali conduttivi 26 devono essere presenti su due lati opposti dei circuiti elettronici integrati 12, 14
L'elemento distanziale conduttivo 26 sopra descritto e mostrato nella figura 2, può essere utilizzato per collegare elettricamente piazzole di contatto 22 omologhe appartenenti sia a circuiti elettronici integrati adiacenti che a circuiti elettronici integrati non adiacenti.
Inoltre, nel caso in cui più piazzole di contatto 22 adiacenti e successive di uno stesso circuito elettronico integrato debbano essere collegate a rispettive piazzole di contatto 22 omologhe di un altro circuito elettronico integrato, i rispettivi elementi distanziali conduttivi 26 possono essere convenientemente intercalati con elementi distanziali isolanti 28 realizzati di materiale polimerico dielettrico relativamente rigido e presentanti una struttura identica a quella degli elementi distanziali conduttivi 26, formando così una struttura compatta del tipo mostrato nella figura 3, la quale, come precedentemente detto, deve essere presente su almeno due lati opposti dei circuiti elettronici integrati.
Nella figura 4 è illustrato un dispositivo elettronico tridimensionale realizzato secondo una seconda forma di realizzazione della presente invenzione.
In particolare, nella figura 4 _è mostrato schematicamente il modo in cui la piazzola di contatto 22a del circuito elettronico integrato 12 può essere elettricamente collegata ad una piazzola di contatto, indicata con 22c, del circuito elettronico integrato 14, non omologa alla piazzola di contatto 22a.
In particolare, secondo quanto illustrato nella figura 4, le due piazzole di contatto 22a, 22b non omologhe vengono elettricamente collegate fra loro combinando, nel modo qui di seguito descritto in dettaglio, un primo ed un secondo elemento distanziale conduttivo, indicati rispettivamente con 30, 32, aventi la stessa struttura, ed una matrice di redistribuzione 34 dei collegamenti interposta fra i due circuiti elettronici integrati 12, 14.
In particolare, la matrice di redistribuzione 34 è essenzialmente costituita da un strato di materiale isolante sul quale sono realizzate piazzole di contatto elettricamente conduttive e aperture passanti fra le quali si estendono piste conduttive del tipo utilizzate nei circuiti stampati tradizionali.
Più in dettaglio, nell'esempio mostrato nella figura 4, per realizzare il collegamento elettrico sopra citato, la matrice di redistribuzione 34 è provvista di una piazzola di contatto 36 di materiale elettricamente conduttivo realizzata sullo strato di materiale isolante, indicato con 38, in corrispondenza della piazzola di contatto 22a (ossia verticalmente allineata alla piazzola di contatto 22a stessa); di un'apertura passante 40 realizzata sullo strato di materiale isolante 38 in corrispondenza della piazzola di contatto 22c (ossia verticalmente allineata alla piazzola di contatto 22c stessa) e presentante le proprie pareti laterali rivestite con un materiale elettricamente conduttivo; e di una pista conduttiva 42 estendentesi dalla piazzola di contatto 36 fino al bordo dell'apertura passante 40.
Il primo elemento distanziale 30 conduttivo ha una prima e una seconda porzione di contatto 30a, 30b che contattano rispettivamente la piazzola di contatto 22a del circuito elettronico integrato 12 e la piazzola di contatto 36 della matrice di redistribuzione 34, ed una porzione di collegamento 30c delle porzioni di contatto 30a, 30b.
Il secondo elemento distanziale 32 conduttivo presenta invece una prima porzione di contatto 32a interposta fra l'apertura passante 40 della matrice di redistribuzione 34 e la piazzola di contatto 22c del circuito elettronico integrato 14, e contattante la piazzola di contatto 22c stessa, ed una seconda porzione di contatto (non mostrata) collegata alla prima porzione di contatto 32a tramite una porzione di collegamento 32c. In particolare, la seconda porzione di contatto può contattare una piazzola di contatto di un ulteriore circuito elettronico integrato (non mostrato) omologa alla piazzola di contatto 22c, oppure una piazzola di contatto elettricamente conduttiva di una ulteriore matrice di redistribuzione (non mostrata) per collegare la piazzola di contatto 22c ad una piazzola di contatto non omologa di un altro circuito elettronico integrato, o ancora contattare una zona non conduttiva di tale ulteriore matrice di redistribuzione.
Il collegamento elettrico fra le due piazzole di contatto 22a e 22c avviene anche in questo caso durante la fase di incapsulamento dei circuiti elettronici integrati 12, 14.
In particolare, l'azione di compressione assiale esercitata sui due circuiti elettronici integrati 12, 14 determina contemporaneamente: l'adesione stabile della prima porzione di contatto 32a del secondo elemento distanziale 32 conduttivo sulla piazzola di contatto 22c del circuito elettronico integrato 14, la penetrazione, per deformazione, di una parte della porzione di contatto 32a stessa all'interno dell'apertura passante 40 della matrice di redistribuzione 34, l'adesione stabile della seconda porzione di contatto 30b del primo elemento distanziale 30 conduttivo sulla piazzola di contatto 36 della matrice di redistribuzione 34, ed infine l'adesione stabile della prima porzione di contatto 30a della primo elemento distanziale 30 conduttivo sulla prima piazzola di contatto 22a del circuito elettronico integrato 12.
In questo modo, la penetrazione di una parte della porzione di contatto 32a del secondo elemento distanziale conduttivo 32 all'interno dell'apertura passante 40 determina un collegamento elettrico fra la piazzola di contatto 22c del circuito elettronico integrato 14 e la piazzola di contatto 36 della matrice di redistribuzione 34 attraverso la pista conduttiva 42, mentre il primo elemento distanziale conduttivo 30 collega elettricamente la piazzola di contatto 36 della matrice di redistribuzione 34 con la piazzola di contatto 22a del circuito elettronico integrato 12.
Per quanto riguarda invece la piazzola di contatto 22b del circuito elettronico integrato 14 omologa alla piazzola di contatto 22a del circuito elettronico integrato 12 e disposta al di sotto della piazzola di contatto 36 della matrice di redistribuzione 34, essa può poi essere collegata ad una piazzola di contatto omologa di un altro circuito elettronico integrato attraverso un elemento distanziale conduttivo o ad una piazzola di contatto non omologa attraverso la combinazione di due elementi distanziali conduttivi ed una matrice di redistribuzione in modo analogo a quanto sopra descritto.
Nella figura 5 è infine mostrata una terza forma di realizzazione della presente invenzione, la quale è simile alla forma di realizzazione mostrata nella figura 4, e differisce da quest'ultima per il semplice fatto che la matrice di redistribuzione 34 presenta, al posto dell'apertura passante 40, una ulteriore piazzola di contatto, indicata con 44, di materiale elettricamente conduttivo. In questa forma di realizzazione, il secondo elemento distanziale conduttivo 32 ha la propria prima porzione di contatto 32a che contatta la piazzola di contatto 44 della matrice di redistribuzione 34, e la propria seconda porzione di contatto 32b che contatta la piazzola di contatto 22c del circuito elettronico integrato 14.
Da quanto sopra descritto risulta evidente come sia possibile ottenere un collegamento elettrico fra qualsiasi coppia di piazzole di contatto combinando in modo opportuno elementi distanziali conduttivi e matrici di redistribuzione in modo analogo a quanto precedentemente descritto.
In particolare, combinando in modo opportuno elementi distanziali conduttivi e matrici di redistribuzione, le piazzole di contatto dei circuiti elettronici integrati che devono essere rese accessibili dall'esterno del dispositivo elettronico tridimensionale vengono redistribuite su circuiti elettronici integrati via via più vicini al leadframe, fino a raggiungere il circuito elettronico integrato posto a diretto contatto del leadframe stesso e quindi collegate agli adduttori attraverso fili di collegamento.
Il dispositivo elettronico tridimensionale sopra descritto presenta i seguenti vantaggi.
In primo luogo, il processo di fabbricazione del dispositivo elettronico tridimensionale è più semplice, e quindi meno costoso, rispetto ai processi di fabbricazione noti inizialmente descritti.
Infatti, a differenza dei processi di fabbricazione noti, il processo di fabbricazione secondo la presente invenzione non richiede né l'operazione di taglio del contenitore per mettere in evidenza gli adduttori delle leadframe, né il rivestimento delle pareti laterali del contenitore con un materiale elettricamente conduttivo, né la definizione di piste conduttive sul rivestimento conduttivo per collegare fra loro gli adduttori, ma richiede la più semplice combinazione opportuna di elementi distanziali conduttivi e di matrici di redistribuzione .
In secondo luogo, il dispositivo elettronico tridimensionale presenta costi ulteriormente ridotti rispetto ai dispositivi elettronici tridimensionali per il fatto di richiedere un solo leadframe.
Risulta infine evidente che al dispositivo elettronico tridimensionale descritto possono essere apportate modifiche e varianti, senza uscire dall'ambito della presente invenzione.

Claims (13)

  1. R I V E N D I C A Z I O N I 1. Dispositivo elettronico tridimensionale (10) comprendente: almeno un primo ed un secondo circuito elettronico (12, 14) fra loro impilati e provvisti di rispettive piazzole di contatto (22); e mezzi di collegamento (26; 30; 32; 34) per collegare fra loro almeno una prima piazzola di contatto (22a) di detto primo circuito elettronico (12) ed una seconda piazzola di contatto (22b; 22c) di detto secondo circuito elettronico (14); caratterizzato dal fatto che detti mezzi di collegamento (26; 30; 32; 34) comprendono almeno un primo elemento distanziale (26; 30) di materiale elettricamente conduttivo estendentesi fra detti primo e secondo circuito elettronico (12, 14) per collegare elettricamente fra loro dette prima e seconda piazzola di contatto (22a, 22b; 22a, 22c).
  2. 2. Dispositivo elettronico tridimensionale secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto primo elemento distanziale (26; 30) è realizzato di materiale polimerico conduttivo.
  3. 3. Dispositivo elettronico tridimensionale secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto primo elemento distanziale (26; 30) si estende in corrispondenza di un bordo di detti primo e secondo circuito elettronico (12, 14) e supporta il primo ed il secondo circuito elettronico (12, 14) stessi ad una determinata distanza.
  4. 4. Dispositivo elettronico tridimensionale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto primo elemento distanziale (26) presenta forma sostanzialmente a C.
  5. 5. Dispositivo elettronico tridimensionale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto primo elemento distanziale (26) comprende almeno una prima porzione di contatto (26a) contattante detta prima piazzola di contatto (22a), almeno una seconda porzione di contatto (26b) contattante detta seconda piazzola di contatto (22b), ed almeno una porzione di collegamento (26c) di dette prima e seconda porzione di contatto (26a, 26b).
  6. 6. Dispositivo elettronico tridimensionale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di collegamento (26; 30; 32; 34) comprendono una pluralità di detti elementi distanziali (26; 30) di materiale elettricamente conduttivo colleganti rispettive coppie di piazzole di contatto (22) di detti primo e secondo circuito elettronico (12, 14) ed intercalati ad elementi distanziali (28) di materiale elettricamente isolante.
  7. 7. Dispositivo elettronico tridimensionale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di collegamento (26; 30; 32; 34) comprendono inoltre un secondo elemento distanziale (32) di materiale elettricamente conduttivo, ed una matrice di ridistribuzione (34) dei collegamenti interposta fra detti primo e secondo circuito elettronico (12, 14) e fra detti primo e secondo elemento distanziale (30, 32) per collegare fra loro dette prima e seconda piazzola di contatto (22a, 22b).
  8. 8. Dispositivo elettronico tridimensionale secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detta matrice di ridistribuzione (34) è formata da uno strato (38) di materiale elettricamente isolante sul quale sono realizzate una zona (36) elettricamente conduttiva posta in corrispondenza di detta prima piazzola di contatto (22a), un'apertura passante (40) posta in corrispondenza di detta seconda piazzola di contatto (22c), ed una pista conduttiva (42) estendentesi fra detta zona (36) elettricamente conduttiva e detta apertura passante (40), detto primo elemento distanziale (30) estendendosi fra detta prima piazzola di contatto (22a) di detto primo circuito elettronico (12) e detta zona (36) elettricamente conduttiva di detta matrice di redistribuzione (34), e presentando una prima e una seconda porzione di contatto (30a, 30b) contattanti rispettivamente detta prima piazzola di contatto (22a) e detta zona (36) elettricamente conduttiva, e detto secondo elemento distanziale (32) presentando una prima porzione di contatto (32a) interposta fra detta apertura passante (40) di detta matrice di redistribuzione (34) e detta seconda piazzola di contatto (22c) e contattando la seconda piazzola di contatto (22c) stessa.
  9. 9. Dispositivo elettronico tridimensionale secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detta matrice di ridistribuzione (34) è formata da uno strato (38) di materiale elettricamente isolante sul quale sono realizzate una prima zona (36) elettricamente conduttiva posta in corrispondenza di detta prima piazzola di contatto (22a), una seconda zona (44) elettricamente conduttiva posta in corrispondenza di detta seconda piazzola di contatto (22c), ed una pista conduttiva (42) estendentesi fra dette prima e seconda zona (36, 44) elettricamente conduttive, detto primo elemento distanziale (30) estendendosi fra detta prima piazzola di contatto (22a) di detto primo circuito elettronico (12) e detta prima zona (36) elettricamente conduttiva di detta matrice di redistribuzione 34), e presentando una prima e una seconda porzione di contatto (30a, 30b) contattanti rispettivamente detta prima piazzola di contatto (22a) e detta prima zona (36) elettricamente conduttiva, e detto secondo elemento distanziale (32) estendendosi fra detta seconda zona (44) elettricamente conduttiva di detta matrice di redistribuzione (34) e detta seconda piazzola di contatto (22b) di detto secondo circuito elettronico (14) e presentando una prima e una seconda porzione di contatto (32a, 32b) che contattano rispettivamente detta seconda zona (44) elettricamente conduttiva e detta seconda piazzola di contatto (22c).
  10. 10. Dispositivo elettronico tridimensionale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti primo e secondo circuito elettronico (12, 14) sono circuiti elettronici integrati .
  11. 11. Processo di fabbricazione di un dispositivo elettronico tridimensionale (10) comprendente le fasi di: impilare un primo ed almeno un secondo circuito elettronico (12, 14) provvisti di rispettive piazzole di contatto (22); e collegare fra loro almeno una prima piazzola di contatto (22a) di detto primo circuito elettronico (12) ed una seconda piazzola di contatto (22b; 22c) di detto secondo circuito elettronico (14); caratterizzato dal fatto che detta fase di collegare fra loro dette prima e seconda piazzola di contatto (22a, 22b; 22a, 22c) comprende la fase di utilizzare un primo elemento distanziale (26; 30) di materiale elettricamente conduttivo estendentesi fra detti primo e secondo circuito elettronico (12, 14). 12. Processo di fabbricazione secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detta fase di collegare fra loro dette prima e seconda piazzola di contatto (22a, 22b; 22a, 22c) comprende inoltre la fase di utilizzare un secondo elemento distanziale (32) di materiale elettricamente conduttivo, ed una matrice di ridistribuzione (34) dei collegamenti interposta fra detti primo e secondo circuito elettronico (12, 14) e fra detti primo e secondo elemento distanziale (30, 32).
  12. 12. Dispositivo elettronico tridimensionale, sostanzialmente come descritto con riferimento alle figure annesse.
  13. 13. Processo di fabbricazione di un dispositivo elettronico tridimensionale, sostanzialmente come descritto con riferimento alle figure annesse.
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