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Interconnexion de composants électroniques.
La présente invention concerne l'interconnexion de composants électroniques comme, par exemple, des puces de circuits intégrés (CI), des supports de puces, des plaques A circuits imprimes et, en particulier, des procédés pour former un fil d'interconnexion sur un contact prévu sur un composant électronique ainsi que les composants électroniques eux-memes.
A mesure que les dimensions des composants électroniques diminuent sous l'effet des progrès réalisés dans les techniques utilisées pour leur fabrication, la densité avec laquelle ces composants peuvent être disposés dans un equipement dépend de plus en plus de l'espace requis pour former des interconnexions à des contacts prévus sur les composants. Une technique couramment utilisée implique la fixation d'un composant tel qu'une puce de CI sur un substrat tel qu'une plaque à circuit imprimé au moyen d'un adhésif.
Des fils d'interconnexion sont chacun attaches ci une extrémité à un contact respectif prévu sur le composant, par soudage par thermocompression (ce processus utilisant en combinaison un apport de chaleur et de pression pour former une soudure) et sont attachés à leur autre extrémité ou au voisinage de celle-ci
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à un contact respectif prévu sur le substrat, nouveau d'une maniere gen4rale par soudage par thermo- compression. Un inconvénient significatif de cette technique reside dans le fait que l'aire occupee par le composant installe avec ses interconnexions est nettement plus grande que 1'aire du composant lui-meme.
La configuration d'une interconnexion réaliste par cette technique sera telle que décrite dans le brevet des Etats-Unis dtAmérique nO 4 417 392.
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La Demanderesse a mis au point une technique pour interconnecter des composants 4lectroniques selon laquelle des fils d'interconnexion sont attachés à une extrémité a des contacts prévus sur un premier composant, sont coupes ci une longueur prédéterminée et sont attaches a des contacts prévus sur un second composant au moyen d'une matiere differente de celles des fils et des contacts.
Suivant l'un de ses aspects, l'invention procure un procède permettant de former un fil d'interconnexion sur un contact prévu sur un composant alectronique, qui consiste A attacher un fil au contact par une jonction réalisée sans l'aide de matières autres que celles du contact et du fil et a sectionner le fil pour laisser un fil d'interconnexion attach6 au contact et comportant une extremit libre, la longueur du fil d'interconnexion, mesurée depuis le contact ou, si une partie du fil d'interconnexion est élargie au voisinage du contact, depuis un point situe imnediatement audessus d'un tel élargissement éventuel, étant d'environ
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2d a environ 20d, où d est le diamètre du fil d'inter- connexion.
Le contact sur la surface du composant auquel le fil d'interconnexion est ou doit être connecté, peut avoir la forme, par exemple, d'un plot ou d'une extrémite d'une piste conductrice qui s'étend parallèlement ou perpendiculairement (ou sous n'importe quel angle intermédiaire) a la surface, par exemple une interconnexion entre couches. 11 peut être disposé en retrait ou dans le plan de la surface environnante du composant ou encore etre en relief sur cette surface.
La jonction entre le fil et - le contact, qui est réalisée sans 1'aide d'une matière autre que celles du contact et du fil, est, en général, une soudure. La jonction peut être formée par application, isolement ou
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en combinaison, de chaleur, de pression et de vibrations, par exemple par soudage par thermocompression qui recourt en combinaison cl de la chaleur et de la pression ou par soudage thermosonique ou ultrasonique
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qui recourt en combinaison a de la chaleur, de La pression et des vibrations.
11 va de soi que de faibles quantités de matters autres que celles du fil et du contact, par exemple des agents de preparation de surface, des produits de reaction et des matieres polluantes, comme des couches d'oxyde et de matières analogues, peuvent être présentes dans la jonction ou autour de celle-ci.
La jonction peut être formée entre la surface circonférentielle du fil et du contact, le fil étant plie pres de la partie soudee de telle sorte qu'il s'étende depuis le contact. Ce processus est connu de manière générale sous le nom de µ'soudage au coin".
La jonction est cependant de préférence formée entre l'extremiste du fil et le contact. Cette technique implique d'une maniere generale le chauffage du fil A son extrémité ou pres de celle-ci pour former une perle. La jonction est alors formée entre la perle et le contact. La chaleur peut être appliquée a l'extremite du fil au moyen d'un arc electrique jaillissant entre une electrode et le fil. Le fil est débité par la soudeuse a travers une tête de soudage qui est, en général, une tete capillaire percée d'un passage dans lequel passe le fil. Cette technique est, en général, connue sous le nom de "soudage à la perle".
Le fil qui est utilise pour former des fils d'interconnexionconformémentàl'inventiondoitêtre aussi fin que possible, compte tenu des exigences mécaniques et électriques qu'il doit respecter en service et des exigences de sa manipulation et de son soudage aux contacts. En general, le fil est en
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substance rond et a un diamètre inférieur a environ
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e 375 micromètres, de preference inferieur à environ 250 micromètres. Un fil particulièrement préféré a un diamètre d'environ 12 a environ 125 micromètres, en particulier d'environ 25 à environ 75 micromètres.
La matière du fil est choisie selon les techniques par lesquelles les interconnexions entre ce fil et les contacts des composants électroniques doivent etre effectuées. Le fil doit être à même de se souder ci la matière d'un des contacts sans l'aide d'une autre matière et c'est pour cette raison que l'on préfère utiliser des fils d'aluminium, d'or et de cuivre, un fil d'or. étiré à froid étant particu-
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lierement préféré.
La longueur du fil d'interconnexion est mesurée depuis le contact a moins qu'une partie du fil d'interconnexion soit élargie au voisinage du contact, ce qui serait le cas lorsque la jonction est formée, par exemple, par soudage a la perle ou soudage au coin.
Dans ce cas, la longueur du fil d'interconnexion est mesurée à partir d'un point situé immédiatement audessus d'un tel élargissement. Par exemple, lorsque la jonction est formée par soudage a la perle, la longueur du fil est mesurée a partir du point où le fil pénètre dans la perle ? la surface de la perle peut être concave ou convexe en ce point. Lorsque la jonction est formee par soudage au coin, la longueur du fil sera mesurée à partir du point où la partie de f il soudee au contact rencontre la partie de fil qui s'étend depuis ce contact.
11 est preferable que la longueur du fil d'interconnexion soit comprise entre environ 3d et 12d, de preference entre 5d et 7d. Des fils d'interconnexion ayant une longueur située dans la gamme spécifiée et, en particulier dans la gamme étroite spécifiée, pos-
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sedent une combinaison de propriétés particulièrement avantageuse. D'une part, lea fils sont suffisamment souples pour pouvoir s'adapter aux forces exercées lors du cyclage thermique des composants interconnects, des fils d'interconnexion relativement longs étant prefe- rables pour interconnecter de gros composants.
De plus, des fils d'interconnexion de longueurs tombant dans les gammes précitées sont suffisamment solides pour être à même de supporter un composant électronique sur la face supérieure d'un substrat, tout en tenant compte des effets thermiques decrits plus haut. Les propriétés
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0 mécaniques des fils d'interconnexion peuvent être réglées, conformément aux exigences d'une application particuliere, par une sélection appropriée de la forme, de la matière, du traitement (qui peut affecter notamment la dureté et le module du fil), et de la longueur des fils.
Un autre avantage encore de ces fils est le fait que leur longueur est nettement plus courte que celle des fils utilises dans les techniques connues décrites plus haut dans lesquelles les fils vont d'un premier composant jusqu'à des contacts prevus sur un substrat sur lequel le premier composant est monté. Un raccourcissement des fils atténue les caractéristiques de réactance indésirables et permet d'aceroitre la vitesse de transmission des signaux entre composants. Un autre avantage significatif de la technique conforme à l'invention par rapport a cette technique connue est evidenunent le fait que l'espace requis pour effectuer les interconnexions entre des composants électroniques est nettement réduit.
Lorsque la jonction entre le fil et le contact est formée par soudage a la perle, il est préférable que la hauteur de la perle au-dessus du contact (mesuree jusqu'au point le plus éloigné du contact} soit d'environ Id a environ 3d.
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Le fil peut etre sectionne directement à la longueur voulue. En variante, le fil peut être sec- tisonne en étant affaibli en un point situé A une distance souhaitée de la jonction au contact, de telle façon qu'il se rompe sous l'effet d'une force exercée, au point où il a été affaibli. Le fil peut être affaibli préalablement de telle sorte qu'il se rompe lorsqu'une force est exercée ultérieurement. En variante, la force peut être exercée sur le fil qui est alors affaibli pendant que cette force agit. La force qui est exercée sur le fil est suffisante pour rompre le fil au point ou il a été affaibli, mais elle ne doit pas être telle que la jonction entre le fil et le contact cede.
L'opération combinée consistant A exercer une force sur le fil, puis A affaiblir le fil en vue de provoquer sa rupture en un point predetermine, a l'avantage de constituer une manière particulièrement commode de rompre les fils à une longueur reproductible.
11 est preferable que le procédé comprenne l'Operation consistant A exercer une force sur le fil.
Lorsque le fil est sectionné directement a une longueur souhaitée, une force exercée peut servir a éliminer les éventuels faux plis ou deformations du fil.
La direction dans laquelle le fil d'interconnexion s'étend depuis le contact peut être selec- tionnee par l'application appropriée d'une force. Le fil d'interconnexion s'étend de préférence dans une direction partant du contact sous un angle inférieur a environ 30*, en particulier inférieur à environ 5*, par rapport Åa une ligne perpendiculaire au contact au point où le fil y est soudé. 11 est particulièrement préférable que le fil s'étende dans une direction qui soit en substance perpendiculaire au contact, au point, ou il y est soude.
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Une soudeuse de fil est de préférence utilisée pour former le fil d'interconnexion. Du fil peut être amené au contact par un passage de traversée prévu dans une tete de soudage et, de la chaleur, de la pression et des vibrations peuvent être appliquées isolement ou en combinaison au fil pour réaliser la jonction par l'intermediaire de la tête de soudage.
La nature de la tête de soudage sera determinée en fonction de la nature de la soudure a réaliser. Lorsque la tete de soudage est destinée A former une soudure à la perle, elle sera, en general, une tête "capillaire". Lorsqu'elle est destinée à réaliser une soudure au coin, elle sera, en général, un "coin", ces termes ayant des significations reconnues en ce domaine.
L'invention procure également un composant électronique comportant un fil d'interconnexion soudé à un contact sans l'aide d'aucune matiere autre que les matières du contact et du fil, la longueur du fil d'interconnexion, mesurée depuis le contact, ou, si une partie du fil d'intereonnexion est elargie au voisinage du contact, depuis un point situe immédiatement audessus d'un tel Åa1argissement éventuel, étant comprise entre environ 2d et 20d, ou d est le diamètre du fil d'interconnexion.
L'invention procure egalement un procédé pour former un fil d'interconnexion sur chacun d'au moins deux contacts d'un composant électronique, dans lequel chaque fil d'interconnexion est formé sur son contact respectif par le procédé de formation de fil d'interconnexion décrit plus haut, et qui comprend l'operation consistant à exercer sur chaque fil une force dans un sens s'ecartant de la jonction au contact, la direction dans laquelle cette force est exercée sur chaque fil étant en substance parallele a celle dans laquelle une
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force est exercée sur le fil voisin ou sur chacun d'eux.
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Suivant un autre aspect, l'invention procure un procédé pour interconnecter des contacts sur un premier et un second composant, consistant à :
(a) former un fil d'interconnexion sur un contact du premier composant par un procédé tel que décrit plus haut, et (b) attacher l'extrémité libre du fil d'interconnexion a un contact respectif sur le second composant.
La jonction entre chaque fil d'interconnexion et son contact respectif sur le second composant est réaliste au moyen d'une matière conductrice qui est différente des matières du fil et du contact. La matière conductrice peut exister sous la forme d'un fluide ou peut sinon être déformable ci température ambiante, par exemple, il peut s'agir d'une matière conductrice z l'étant de liquide, de graisse ou de gel, retenue en place si nécessaire, par un couvercle ou un récipient.
La matière conductrice est de préférence une matière pouvant etre utilisée pour former une jonction des que de la chaleur y a été appliquée, par exemple une brasure, une matière de brasage ou un adhesif thermoactivable. 11 est donc preferable que la matière conductrice soit fusible et soit disposée en des quantités distinctes sur chacun des contacts prévus sur le second composant, la jonction tant réalisée par chauffage de la matière conductrice en vue de la faire fondre et par introduction de l'extremite libre du fil d'interconnexion (qui est soudée au contact du premier composant) dans la matière conductrice fondue.
Suivant encore un autre aspect, l'invention procure un procédé pour former une interconnexion entre des contacts situes sur un premier et un second com-
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posant électronique, qui consiste à : (a) attacher un fil à un contact prévu sur le premier composant par une jonction réalisée sans l'aide d'une matière autre que celles de ce contact et de ce fil ; (b) sectionner le fil a une longueur souhaitée, et
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(c) connecter l'extr6mit4 libre du fil a un contact prévu sur le second composant au moyen d'une matière conductrice qui soit différente des matières du fil et de ce contact.
Des procédés pour former un fil d'interconnexion, des procédais- pour interconnecter des contacts et des composants électroniques, conformes à l'invention, seront décrits ci-aprds à titre d'exemple avec référence au dessin annexe, dans lequel : la Fig. 1 est une vue en coupe verticale d'un composant électronique, tel qu'une puce de circuit integere, auquel un fil d'interconnexion est en cours de soudage au moyen d'une soudeuse a thermocompression, et la Fig. 2 est une vue en coupe verticale de la puce Cl représentée sur la Fig. 1, comportant des fils d'interconnexion soudes a chaque contact.
Dans le dessin, la Fig. 1 illustre un composant électronique 1 tel qu'une puce de circuit intégré comportant des contacts 3 sur une de ses surfaces principales 5. Des fils d'interconnexion 7
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sont soudés aux contacts ; l'un de ces fils est repré- sente en cours de soudage ci son contact respectif au moyen d'une soudeuse dont seule la tete de soudage capillaire 9 est représentée. La tête de soudage présente un passage de traversee 11 par lequel le fil est amené en vue du soudage aux contacts prévus sur le composant.
Des que le fil a et, soudé à un contact, il est sectionne en un point situé à une distance comprise
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entre 2d et 20d au-dessus de la perle 15 par laquelle le fil est soudé au contact, d étant le diamètre du fil. Pour sectionner le fil, on y applique de prefs- rence une force dans un sens s'éloignant du contact, de telle sorte qu'il se rompe en un point oil il a été affaibli.
La Fig. 2 illustre le composant 1 comportant des fils d'interconnexion 7 soudés a chacun de ses contacts 3. Chacun des fils a été sectionné de sorte que les fils sont tous en substance de longueur egale.