FR2819080A1 - Procede d'assemblage d'un composant tel qu'un circuit integre sur un substrat - Google Patents

Procede d'assemblage d'un composant tel qu'un circuit integre sur un substrat Download PDF

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Abstract

Procédé de connexion d'un circuit intégré (2) selon lequel on prévoit de disposer le circuit intégré (2) entre deux cales (5, 5') avec sa face portant ses plots de connexion disposée au même niveau que les faces supérieures des cales (5, 5'). La mise en place du composant (2) se fait à l'aide d'un outil spécial (8) en matériau transparent tel que lorsque la face (82) de l'outil entre en contact avec les cales, on constate visuellement l'apparition de franges lumineuses à la surface (83) de l'outil (8), ce qui indique que la face supérieure du composant est au même niveau que les faces supérieures des cales. Applications : Empilement de composants et notamment de circuits intégrés.

Description

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PROCEDE D'ASSEMBLAGE D'UN COMPOSANT TEL QU'UN CIRCUIT
INTEGRE SUR UN SUBSTRAT
L'invention concerne un procédé d'assemblage d'un composant tel qu'un circuit intégré sur un substrat. Le circuit intégré possède des plots ou plages de connexion situés sur une face du circuit intégré et on assemble ce circuit intégré sur le substrat avec sa face opposée à la face portant les plots de connexion en contact avec le substrat. Pour réaliser des connexions au circuit intégré, il se pose alors un problème de réalisation d'une surface plane englobant la face du circuit intégré portant les plots de connexion.
L'invention est par exemple applicable à l'empilage d'un circuit AsGa du type MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) sur un circuit de commande en silicium de type ASIC (Application-Specific Integrated Circuit). La figure 1 représente à titre d'exemple un composant tel qu'un circuit intégré 2 de type MMIC empilé sur un circuit intégré 1 de type ASIC. La face 20 du circuit intégré 2 portant les plots de connexion 21,22 est situé à la partie supérieure de l'empilement. Le circuit 2 est compris dans une couche 5 d'un matériau isolant. Selon l'invention, il s'agit de faire en sorte que la surface 51 de la couche 5 soit au même niveau que la face 20 du circuit intégré 2. Une couche d'isolant 3 d'épaisseur très fine, réalisée sur la face 20 et la surface 51 doit ainsi être plane ou quasiment plane. Sur la couche 3 sont réalisées des conducteurs d'interconnexion 41. Le conducteur 41 est connecté au plot 21 par l'élément d'interconnexion 31. Dans certaines applications, le conducteur 41 doit être peu épais ce qui implique une planéité de la couche 3.
L'invention permet de réaliser une telle disposition.
L'invention concerne donc un procédé de connexion d'un composant de circuit intégré possédant des plots de connexion sur une première face, caractérisé en ce qu'il prévoit les étapes suivantes : - réalisation de cales à la surface d'une pièce support, lesdites cales définissant entre elles un espace vide ; - mise en place d'un composant de circuit intégré dans l'espace vide avec une face du composant opposée à la face portant les plots de connexion destinés à être collés à la surface de la pièce support, de la colle étant prévue entre le composant et la pièce support ;
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- la mise en place du composant se faisant avec un outil de manipulation possédant une face plane à laquelle est accolée la première face du composant, la surface de ladite face plane étant supérieure à la surface de l'espace vide de telle façon que pour la mise en place du composant, la face plane vienne faire pression sur le composant et s'appuyer sur les cales ; l'épaisseur du composant et de la colle étant, avant pression de la face plane sur le composant, légèrement supérieure à l'épaisseur des cales.
Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre faite à titre d'exemple ainsi que dans les figures annexées qui représentent : - la figure 1, un exemple de réalisation selon l'invention ; - les figures 2a et 2b, un procédé de réalisation selon l'invention ainsi qu'un outil de mise en place d'un composant et permettant de mettre en oeuvre l'invention ; - la figure 3, un exemple d'empilement d'un circuit intégré de type
MMIC sur un circuit intégré de type ASIC.
Le procédé de réalisation selon l'invention prévoit de réaliser sur un substrat 1 des cales 5, 5'. Dans l'espace 50 situé entre ces cales est placé un composant 2 avec une couche de colle 7 située entre le composant 2 et la face 10 du substrat. Cette colle peut se trouver sur la face du composant 2 ou sur la face 10 du substrat. L'épaisseur h1 du composant 2 et de la couche de colle 7 est sensiblement égale ou légèrement supérieure à l'épaisseur h2 des cales 5, 5'.
Comme cela est représenté en figure 2a, pour placer le composant 2 dans l'espace 5, on utilise une pièce (ou outil) de manipulation 8 possédant des trous d'aspiration tels que 81 débouchant sur la face 82 et qui communiquent avec un canal d'aspiration 80. Le composant 2 est placé contre la face 82 de façon à obstruer les trous 81. On procède à l'aspiration de l'air par le canal 80. Le composant 2 est alors plaqué contre la face 82 de l'outil de manipulation 8. Celui-ci permet de placer le composant 2 dans l'espace 50 situé entre les cales 5, 5'. La surface de la face 82 de l'outil est nettement supérieure à celle de l'espace 50 de telle façon que la face 82 de l'outil 8 vient s'appuyer sur les faces supérieures telles que 51 des cales 5,
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5'. La face supérieure 20 du composant se trouve ainsi au même niveau que les faces supérieures 51 des cales 5, 5'.
Par ailleurs, selon'l'invention, l'outil de manipulation 8 est en matériau transparent tel que du verre.
De cette façon, lorsque l'outil 8 entre en contact avec les cales 5, 5', des contraintes s'exercent dans le matériau de l'outil 8 et sous éclairement ambiant des franges lumineuses apparaissent sur la face 83 de l'outil 8. L'apparition de ces franges indique que l'outil 8 est en contact avec les cales 5, 5'et que la face 20 du composant 2 est au même niveau que les faces 51 des cales. Ce contrôle de l'apparition des franges peut se faire visuellement comme cela est indiqué sur la figure 2b.
Le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre avec des cales 5, 5'en matériau qui n'est pas absolument rigide. Ce matériau peut être par exemple du polymère.
Une méthode préférentielle de réalisation de ces cales est de déposer sur le substrat 1 une couche épaisse de matériau polymère 5 puis de pratiquer par gravure laser la cavité 50.
L'épaisseur de la couche 5 est comme indiqué précédemment légèrement inférieure à l'épaisseur du composant 2 et de la colle 7.
Par ailleurs, la face 20 de certains composants 2 peut comporter des éléments en saillie. C'est le cas par exemple des circuits MMIC qui peuvent comporter des conducteurs. Dans ces conditions, pour que le procédé qui précède soit applicable, il convient d'aplanir la face 20. Pour cela, on dépose une couche de polymère en phase liquide à chaud et on l'aplanit. Une méthode pour que le polymère pénètre dans tout interstice situé entre les éléments en saillie (conducteur) et le composant 2 est de placer une membrane souple, de faire le vide et de déplacer, en exerçant une légère pression, un outil plat non tranchant (rouleau) à la surface de la membrane. Cela permet de faire pénétrer le polymère liquide dans tous les orifices existants et d'obtenir une surface plane. On laisse ensuite le polymère refroidir et se solidifier.
Après collage du composant 2 à la face 10 du substrat, l'espace vide de la cavité 50 entourant le composant 2 est comblé avec du matériau polymère. Pour réaliser cette opération, on peut déposer un matériau polymère liquide à chaud. L'ensemble étant placé dans une enceinte à vide
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avec une membrane souple posée sur la face portant le polymère liquide. Pour cela, on peut utiliser un sac en matériau plastique dans lequel on place l'ensemble. Ensuite, comme pour la réalisation de la face plane du composant 2, alors que le polymère est encore liquide, on déplace à la surface de la membrane souple (ou du sac) un outil plat qui a pour effet de faire pénétrer le polymère liquide entre les parois de la cavité 50 et les parois du composant 2. Le matériau en excès à la surface du composant et des cales 5,5'est enlevé et une couche de matériau isolant 3 est ensuite déposée sur une surface plane ou quasi plane On peut aussi envisager de se limiter à uniformiser l'épaisseur du matériau polymère liquide et obtenir ainsi directement une couche 3 de matériau polymère au-dessus du composant 2 et des cales 5,5'.
Ensuite, on pratique dans la couche 3, des trous tels que 31 (figure 1) accédant aux plots de connexion 21 du composant 21.
Ces trous sont ensuite métallisés et des conducteurs métalliques 41 sont réalisés à la surface de la couche 3 pour réaliser les interconnexions nécessaires et notamment les connexions vers des circuits extérieurs non représentés.
Dans un exemple de réalisation préféré de l'invention, le substrat 1 est un circuit intégré silicium de grandes dimensions (1 cm2), par exemple un ASIC. Le composant 2 est un circuit intégré de petites dimensions de type différent, par exemple un circuit en AsGa de type MMIC.
La figure 3 représente un tel exemple de réalisation. Le circuit intégré 1 possède sur sa face supérieure une ou plusieurs couches d'isolant 11,12 portant des réseaux de connexion (appelé niveau de routage). Ces réseaux de connexion sont connectés d'une part au circuit 1 et conduisent d'autre part à des plots de connexion tels que 14 et 15. Le circuit intégré 2 est mis en place sur le circuit intégré 1 selon le procédé décrit précédemment. De plus, lors de la réalisation des trous 31 et de leur métallisation, on réalise également des trous tels que 54 traversant la couche 5 et atteignant les plots de connexion tels que 14. Ces trous sont également métallisés et les interconnexions nécessaires à ces trous sont réalisées sur la couche 3. Il est également de réaliser des trous ne traversant que l'une ou l'autre des couches 3 ou 5 tels que les trous 55 et 56 et permettant ainsi de réaliser plusieurs niveaux de connexion.

Claims (14)

REVENDICATIONS
1. Procédé de connexion d'un composant de circuit intégré (2) possédant des plots de connexion sur une première face (20), caractérisé en ce qu'il prévoit les étapes suivantes : - réalisation de cales (5, 5') à la surface (10) d'une pièce support (1), lesdites cales définissant entre elles un espace vide (50) ; - mise en place d'un composant (2) de circuit intégré dans l'espace vide (50) avec une face du composant opposée à la face (20) portant les plots de connexion destinés à être collés à la surface (10) de la pièce support (1), de la colle étant prévue entre le composant (2) et la pièce support (1) ; - la mise en place du composant se faisant avec un outil de manipulation (8) possédant une face plane (82) à laquelle est accolée la première face (20) du composant (2), la surface de ladite face plane (82) étant supérieure à la surface de l'espace vide (50) de telle façon que pour la mise en place du composant, la face plane (82) vienne faire pression sur le composant (2) et s'appuyer sur les cales (5, 5') ; l'épaisseur du composant et de la colle (7) étant, avant pression de la face plane (82) sur le composant, légèrement supérieure à l'épaisseur des cales.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réalisation des cales se fait par réalisation d'une couche d'un matériau (5) et gravure dans cette couche d'une cavité (50) tenant lieu d'espace vide.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche de matériau (5) est une couche de matériau polymère et que la gravure est faite par gravure laser.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'après collage du composant (2), à la pièce support (1), on réalise sur la première face (20) du composant et sur la face supérieure des cales (51), une couche d'un matériau isolant.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'outil de manipulation (8) est en matériau transparent et possède des trous d'aspiration (81) débouchant sur la face plane (82) et reliés à au moins un
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canal d'aspiration d'air (80), la première face (20) du composant étant plaquée contre ces trous durant la phase de mise en place du composant (2) dans l'espace vide (50).
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'outil de manipulation est en verre.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 5, caractérisé en ce que durant la mise en place du composant et lors de la mise en contact de la face plane (82) de l'outil de manipulation avec les cales (5, 5'), l'outil étant éclairé, on détecte l'apparition de franges lumineuses.
8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'avant la mise en place du composant (2) dans l'espace vide (50), la face (20) portant les plots de connexion est revêtue d'une couche d'un matériau polymère liquide qui est ensuite refroidie et solidifiée permettant d'obtenir une face (20) plane.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la face (20) portant les plots de connexion est revêtue d'une couche d'un matériau polymère liquide à chaud recouverte d'une membrane souple et que l'ensemble étant sous vide un outil plat est déplacé uniformément à la surface de la membrane pour permettre au polymère de pénétrer dans toutes les cavités de la surface (20) et pour obtenir une surface (20) plane.
10. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'après collage du composant (2) sur la pièce support (1) on dépose une couche d'un matériau polymère liquide à chaud, puis en atmosphère sous vide, on exerce une pression sur l'ensemble de la couche de matériau polymère pour qu'il pénètre dans les éventuels espaces libres existant entre les parois du composant (2) et les parois de l'espace vide (50).
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'une couche d'isolant (3) est ensuite déposée sur les faces supérieures (20, 51) du composant (2) et des cales (5, 5').
12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que du matériau polymère liquide en excès et conservé sur les faces supérieures (20, 51) du composant (2) et des cales (5, 5') pour constituer sur ces faces une couche de matériau isolant (3).
13. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on réalise des premiers trous (31,32) dans la couche de matériau isolant
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jusqu'à atteindre les plots de connexion (21, 22) du composant, puis on métallise ces trous et on réalise des conducteurs d'interconnexion sur la face supérieure de la couche de matériau isolant.
14. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 9, caractérisé en ce que la pièce support (1) est un circuit intégré de plus grandes dimensions que celles du composant (2), le composant (2) étant collé sur la face (10) du circuit intégré portant des plots de connexion et en ce que, lors de la réalisation des premiers trous (31,32) et de leur métallisation, on réalise également des deuxièmes trous traversant la couche de matériau isolant (3) et/ou la couche (5) (ou cales 5,5') jusqu'à atteindre les plots de connexion dudit circuit intégré (1) et en ce qu'on les métallise également.
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