EP1599903A2 - Procede de fabrication d'un composant ou d'un module electronique, et composant ou module correspondant - Google Patents

Procede de fabrication d'un composant ou d'un module electronique, et composant ou module correspondant

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Publication number
EP1599903A2
EP1599903A2 EP04716631A EP04716631A EP1599903A2 EP 1599903 A2 EP1599903 A2 EP 1599903A2 EP 04716631 A EP04716631 A EP 04716631A EP 04716631 A EP04716631 A EP 04716631A EP 1599903 A2 EP1599903 A2 EP 1599903A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
module
conductive
component
components
coating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04716631A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jacky Jouan
Bachir Kordjani
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sierra Wireless SA
Original Assignee
Wavecom SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wavecom SA filed Critical Wavecom SA
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the field of the invention is that of manufacturing complex electronic components, and in particular, but not exclusively, modules, grouping together in the form of a single and compact package a set of components on a substrate, so as to be implanted on a printed circuit in the form of a single element.
  • such a module can group together the essential components and software necessary for the operation of this terminal.
  • two (or more) modules can be provided, in particular to optimize space management. In this case, they are advantageously interconnected digitally.
  • the invention provides a new and very effective solution to this objective.
  • the modules comprise a substrate, one side of which receives the components, and the other side of the interconnection structure. It is thus possible to obtain a small thickness. In return, the surface occupied is relatively large, and determined by the components and their possible shielding.
  • the other side can be kept without components, but there is again a loss of space, to receive components and shielding.
  • an objective of the invention is to provide a technique making it possible to reduce the size, and in particular the surface occupied on a substrate, of a module or of an electronic component, while of course retaining all the functionalities of this module. or this component.
  • Another objective of the invention is to provide such a technique, making it possible to simplify the connection, and the mounting on a printed circuit.
  • an objective of the invention is to make it possible to dispense with connector components on a module.
  • Yet another objective of the invention is to provide such a technique, making it possible to optimize the shielding of the components, and for example to allow selective shielding of an element.
  • the invention also aims to provide such a technique, which makes it possible to produce complex and compact modules at an acceptable manufacturing cost, and using accessible technologies.
  • Yet another objective of the invention is to provide such a technique, which allows the production of components or modules, themselves allowing the production of new devices, at least in their shape or design, due to their reduced size and of their effectiveness. 4. Main characteristics of the invention
  • this method comprises at least one step of coating with an insulating material at least one part of said module and at least one step of making, on a part of said insulating material, at least at least one conductive zone, so as to define zones forming and / or capable of receiving at least part of a component and / or at least one interconnection element.
  • At least one of said conductive zones thus defines an interconnection structure, enabling said module to be attached to a printed circuit.
  • said interconnection structure advantageously has at least one connection point, and at least one corresponding link, extending over at least one lateral edge of said housing up to said substrate.
  • said interconnection structure allows direct mounting on a printed circuit by soldering (without external interconnection element).
  • said interconnection structure can allow mounting on a printed circuit according to the CMS technique.
  • At least one of said conductive zones defines a passive component (or a portion of such a passive component).
  • the said passive component or components may in particular belong to the group comprising the capacitors, the inductors and the resistors, as well as their combinations.
  • At least one of said conductive zones is an electrode of a capacity whose dielectric is formed by said insulating material. This can in particular make it possible to optimize the decoupling of the inputs / outputs.
  • the method preferably comprises producing at least two conductive zones designed to receive at least one component. It is thus possible to attach one or more components to the surface of the module (or component). They can be mounted for example by soldering or by bonding to the surface of the module.
  • the method advantageously comprises a step of prior coating of at least a portion of said components, and a step of metallization of the coated portion, in order to ensure electromagnetic shielding, then a final coating step.
  • the final coating can then be carried out by overmolding.
  • an independent shielding of at least two subsets of components is carried out.
  • at least one of said subassemblies is connected to an external radiator.
  • said steps of coating and producing at least one conductive zone are repeated at least once. It is thus possible to further optimize the compactness of the module.
  • the method comprises the implementation of a metallization layer forming a ground plane.
  • At least one opening is made filled with a conductive material passing through at least one coating layer.
  • the said opening (s) may in particular be conical or frustoconical. They are for example produced by mechanical drilling, laser drilling, chemical attack or molding of the coating.
  • the said opening or openings are filled with a conductive material by screen printing or filling under pressure, chemical and / or electrochemical baths.
  • said insulating material is a plastic material.
  • said insulating material has a coefficient of thermal expansion chosen so that it is compatible with that of the printed circuit material on which said component or module will be attached.
  • said coating step is selective, so as to spare at least a surface portion of said substrate, so as to present electrical continuity between at least one of said conductive areas and at least one of said surface portions.
  • Said coating step can in particular be carried out by casting material, injecting material or transferring material, then polymerization or sintering.
  • Said step of producing at least one conductive zone advantageously comprises a step of metallizing the surface of said insulating material and a step of making geometric shapes making it possible to remove part of said metallization.
  • Said metallization step may in particular comprise a surface treatment with at least one chemical and / or electrochemical bath, conductive paint, spraying of conductive elements and / or vaporization under vacuum.
  • Said step of producing geometric shapes advantageously comprises a three-dimensional engraving by laser or by revelation selective (“MID”: “Molded Interconnection Device”) or a chemical attack.
  • the method may further comprise a step of depositing a film of photosensitive organic material on said coating and the one or more conductive zones.
  • the method advantageously comprises a step of producing at least one heat sink to help evacuate the heat produced by at least one of said components.
  • a component or module according to the invention comprises an insulating material coating at least a part of said module and at least one conductive zone on a part of said insulating material, so as to define zones forming and / or capable of receiving at least part d6 component and / or at least one interconnection element.
  • at least one of said conductive zones defines an interconnection structure, making it possible to attach said module to a printed circuit.
  • said module or component carries at least one passive component defined by at least said conductive zones.
  • said module or component can in particular comprise at least one capacitor, the dielectric of which is formed by said insulating material and at least one electrode by one of said conductive zones.
  • said module or component carries at least one component connected to at least two of said conductive zones. 5.
  • FIGS. 1A and 1B show, respectively, seen from below, and from the side, a first example of a module according to the invention
  • FIG. 2 illustrates the module of Figures 1A and 1B reported on a printed circuit
  • FIGS. 4A and 4B show the case of a capacitive effect produced according to the technique of the invention
  • the invention is therefore based on a completely new approach to the manufacture of modules, or components, based in particular on the use of a coating as a support for conductive areas, on one or more faces and on one or more levels, these conductive zones having an active role of connection, components and / or shielding.
  • the coating and conductive zone deposits can be iterated several times, and can be carried out selectively on portions of the module or of the component.
  • This approach thus makes it possible to free up the surface on the module substrate, and therefore to limit the surface that the latter occupies on a printed circuit.
  • This can in particular make it possible to incorporate shielding on and into the coating, of the interconnection on the coating surface, components buried in the coating, and / or components mounted on the surface of the coating.
  • the invention proposes a new architecture in three dimensions of housing for electronic modules, or for components, with an insulating coating and selective metallizations making it possible to integrate:
  • an interconnection structure for example of the CMS type; electromagnetic shielding, which can be selective;
  • FIGS. 1A and 1B illustrate a first embodiment of a module according to the invention, respectively seen from below and from the side.
  • the substrate 11 on which components have conventionally been mounted. These components have been reported on both sides.
  • the insulating coating 13 was then deposited on each of these faces 1. This coating can also cover a shield.
  • conductive zones 14 On the underside (FIG. 1A), and more precisely on the surface of the coating, conductive zones 14 have been produced, which define an interconnection structure.
  • Each interconnection element can be connected to the substrate 11 (and more precisely a component carried by the latter) by a conductive track 15, which extends on the lateral edge of the housing (FIG. 1B).
  • a conductive track 15 which extends on the lateral edge of the housing (FIG. 1B).
  • components 16 and 17 have also been transferred to the surface, which can be connected in the same way to the substrate, or by means of through elements provided for this purpose.
  • This module can thus be directly attached to a printed circuit 21, such as a customer application card, as illustrated in FIG. 2.
  • the connection with this circuit 21 is ensured directly by the interconnections 14 produced on the surface of coating, without the need for any interposers.
  • a very simple CMS type assembly is thus obtained, and having a reduced thickness.
  • the area occupied is also limited, because certain components 16 and 17 are not present on the substrate 11, but attached to the surface of the housing. As already indicated, these components could also be on an intermediate layer, itself again covered with a coating, then if necessary, new components
  • Figures 3A to 3F illustrate an example of manufacturing a module according to the technique of the invention.
  • a substrate 31 on a substrate 31 are conventionally reported components 32, preferably distributed, so as on the one hand to optimize the use of the surface, and on the other hand to group the components according to their function, or even to move away the components likely to be disturbed, for example due to interference.
  • the components are grouped into two zones corresponding respectively to the baseband and to the radio frequency of a radiotelephony module;
  • FIG. 3B the two baseband and RF groups receive a selective coating insulator 33, 34, for example according to a technology provided for making plastic boxes;
  • FIG. 3C the surface of these two coated areas 33 and 34 is metallized (35), for example by chemical bath or painting, so as to ensure efficient and selective shielding, for each of the functions.
  • this shielding known per se, has the advantage of a reduced cost not requiring the purchase and assembly of components such as a metal box;
  • FIG. 3D a plastic overmolding 36, is then attached to the entire upper part of the module, so as to form a housing;
  • FIG. 3E according to the invention, a metallization 37 is applied to the complete surface of the overmolded housing 36, by a suitable surface treatment;
  • part of the metallization 37 is removed, so as to define the conductive zones 38 corresponding, in the example illustrated, to the tracks and pads of an interconnection structure, according for example to an etching technique in three dimensions.
  • FIGS. 3E and 3F can be replaced by a single step of direct production of the desired conductive areas, for example by screen printing.
  • FIG. 4A schematically presents the electrodes of a capacity produced according to the invention
  • FIG. 4B illustrates the corresponding electrical diagram.
  • the pad 38 (FIG. 3F) is thus not only a connection element, but also an electrode 41 with a capacity 42, the other electrode 43 of which is formed by an internal conductive zone, produced before the last layer of coating, and which can for example be a ground plane (corresponding for example to an internal shielding).
  • the technique of the invention also makes it possible to optimize the distribution of the components by mounting some of them on at least one of the faces of the module.
  • the conductive areas 51 are electrical tracks, allowing the interconnection of the components 52 and 53 mounted on the surface with the other components of the substrate 54. They can in particular be SMD components 52, or wired components ("wire bonding" or "ftip chip”);
  • the housings 61, 62 will be covered with a coating, and if necessary with a shield.
  • é.6 Details on the manufacture of modules or components according to the invention The invention therefore makes it possible to produce electronic modules, or components, in the form of a coated housing provided with a series of one or more coatings of materials electrically insulating sandwiched between one or more deposits of electrically conductive layers, the definition of geometric shapes on the surface can simultaneously ensure at least some of the following functions:
  • the electromagnetic shielding of the invention makes it possible to associate an internal shielding and an external shielding of one or more regions of the module, by the production of a conductive envelope around the components of each of these regions, according to the principle of a Faraday cage brought back to earth.
  • This deposition of conductive layers can in particular be carried out by:
  • the insulating coating receiving this layer is advantageously selective, in the choice of materials, and in order to save defined surfaces of the substrate so as to present electrical continuity between the conductive deposit on the coating and the mass of the substrate.
  • This insulating coating can for example be produced by: - material casting and polymerization or sintering;
  • the interconnection structure which can be produced on an electronic module according to the invention, associates conductive terminations for the interconnection, in the form of pads of configurable geometric shapes, connected by tracks to the signal outputs of the substrate, themselves distributed on the surface or on the edge of the latter.
  • These geometric shapes of the conductive deposit on the three-dimensional surface of the insulating coating can in particular be produced by: - etching of an initially uniform conductive deposit;
  • a module or a component according to the invention can implement several iterations of depositing electrically conductive and insulating materials, so as to receive even more elements or functions.
  • components mounted on the surface by soldering or gluing can be transferred onto conductive imprints made on the final surface of the module.
  • the insulating material for the coating supporting the conductive interconnection is chosen so that it has a coefficient of thermal expansion compatible with that of the material of the printed circuit on which it will be transferred.
  • a film for example of photosensitive organic material
  • one or more holes are advantageously made, for example cylindrical or conical, in the insulating layers, and which will be filled with conductive materials.
  • interconnections in the volume of the coating are for example obtained by: - mechanical or laser drilling; chemical attack or any material removal process;
  • the deposition of conductive material in these holes can in particular be carried out by: screen printing or filling under pressure;
  • the interconnections in the volume can be used to connect the heat source components to ground planes, the latter then being connected to the printed circuit.
  • the electrically insulating elements can also be chosen to be thermally conductive, in particular when they coat heat source components, so as to dissipate this heat towards the outside, and for example towards radiators.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un composant ou d'un module regroupant dans un boîtier prêt à monter sur circuit imprimé un ensemble de composants montés sur un substrat comprenant au moins une étape d'enrobage à l'aide d'un matériau isolant d'au moins une partie dudit module et au moins une étape de réalisation, sur une partie dudit matériau isolant, d'au moins une zone conductrice, de façon à définir des zones formant et/ou pouvant recevoir au moins une partie d'un composant et/ou au moins un élément d'interconnexion.

Description

Procédé de fabrication d'un composant ou d'un module électronique, et composant ou module correspondant.
1. Domaine de l'invention
Le domaine de l'invention est celui de la fabrication des composants électroniques complexes, et notamment, mais non exclusivement, des modules, regroupant sous la forme d'un boîtier unique et compact un ensemble de composants sur un substrat, de façon à être implanté sur un circuit imprimé sous la forme d'un unique élément.
Par exemple, dans le cas d'un terminal de télécommunications, un tel module peut regrouper les composants et les logiciels essentiels nécessaires au fonctionnement de ce terminal. Dans certains cas, deux (ou plus) modules peuvent être prévus, de façon notamment à optimiser la gestion de l'espace. Dans ce cas, ils sont avantageusement interconnectés de façon numérique.
Dans le domaine de la fabrication des composants et des modules électroniques, un objectif majeur est la réduction de l'encombrement global, et en particulier la réduction de la surface occupée sur un circuit imprimé.
L'invention apporte une solution nouvelle et très efficace à cet objectif.
2. L'art antérieur 2.1. Distinction modules et composants
Par la suite, on présente notamment les inconvénients d'un module. Comme on le verra par la suite, l'invention peut également s'appliquer au cas d'un composant plus classique. Certains des inconvénients discutés ci-dessous s'appliquent également à ces composants. On ne présente donc ci-après que le cas plus complexe d'un module, qui fait apparaître de façon plus cruciale encore les inconvénients de l'art antérieur.
2.2. Extraction des composants encombrants Une première solution pour réduire l'encombrement d'un module est bien sûr d'en sortir un ou plusieurs composants parmi les plus encombrants, et de reporter ceux-ci directement sur le circuit imprimé client.
Cette solution n'est cependant pas souhaitable, puisque le module n'est plus alors une solution complète, et que l'on rajoute une complexité de montage (plusieurs composants à monter sur le circuit imprimé), et qu'il est en outre nécessaire de prévoir des connexions entre les différents éléments.
2.3. Les modules CMS mono face
Généralement, les modules comprennent un substrat dont une face reçoit les composants, et l'autre face la structure d'interconnexion. Il est ainsi possible d'obtenir une faible épaisseur. En contrepartie, la surface occupée est relativement importante, et déterminée par les composants et leur blindage éventuel.
Sur la face dédiée à l'interconnexion, toute la surface n'est en revanche pas occupée, ce qui induit à une perte de place.
2.4. Les modules à composants et interconnexion sur une même face Partant de cette constatation, il a été proposé de disposer sur une même face la structure d'interconnexion et au moins certains des composants. C'est alors cette face qui détermine la surface nécessaire pour le module. Cela entraîne bien sûr une perte de la surface disponible pour l'interconnexion.
L'autre face peut être conservée sans composants, mais il y a à nouveau une perte de place, pour recevoir des composants et le blindage.
D'une façon générale, on constate qu'il n'existe pas de solution optimisant l'utilisation de la surface disponible et donc permettant de réduire la surface occupée par le module sur un circuit imprimé.
La présence d'un blindage, généralement nécessaire sur ce module, notamment lorsqu'il met en œuvre des composants RF, augmente encore cet encombrement. Par ailleurs, ces composants ou modules présentent généralement un coût élevé lié entre autres aux éléments annexes tels que les connecteurs, les composants passifs ou les composants métalliques de blindage, qui augmentent en outre l'encombrement. Ainsi, il est généralement nécessaire de prévoir un blindage métallique et une structure d'interconnexion. De même, la mise en œuvre de composants passifs, tels que des condensateurs ou des résistances rajoutent à la complexité du montage et à l'encombrement global. 3. Objectifs de l'invention L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'état de l'art.
Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir une technique permettant de réduire la taille, et notamment la surface occupée sur un substrat, d'un module ou d'un composant électronique, en conservant bien sûr toutes les fonctionnalités de ce module ou de ce composant.
Un autre objectif de l'invention est de fournir une telle technique, permettant de simplifier la connectique, et le montage sur un circuit imprimé. En particulier, un objectif de l'invention est de permettre de se passer de composants connecteurs sur un module. Encore un autre objectif de l'invention est de fournir une telle technique, permettant d'optimiser le blindage des composants, et par exemple de permettre un blindage sélectif d'un élément.
L'invention a également pour objectif de fournir une telle technique, qui permet de réaliser des modules complexes et compacts à un coût de fabrication acceptable, et en utilisant des technologies accessibles.
Encore un autre objectif de l'invention est de fournir une telle technique, qui permet la réalisation de composants ou de modules, permettant eux-mêmes la réalisation de dispositifs nouveaux, au moins dans leur forme ou design, du fait de leur encombrement réduit et de leur efficacité. 4. Caractéristiques principales de l'invention
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite sont atteints à l'aide d'un procédé de fabrication d'un composant ou d'un module regroupant dans un boîtier prêt à monter sur circuit imprimé un ensemble de composants montés sur un substrat. Selon l'invention, ce procédé comprend au moins une étape d'enrobage à l'aide d'un matériau isolant d'au moins une partie dudit module et au moins une étape de réalisation, sur une partie dudit matériau isolant, d'au moins une zone conductrice, de façon à définir des zones formant et/ou pouvant recevoir au moins une partie d'un composant et/ou au moins un élément d'interconnexion.
Ainsi, comme on le verra par la suite, il est possible d'obtenir un dispositif plus compact, pouvant regrouper plus de composants et intégrant certains composants passifs, éléments d'interconnexion et blindages sans achat de composant spécifique, mais seulement en adaptant le process de fabrication. Le dispositif obtenu peut en outre être monté simplement et directement sur un circuit imprimé.
Selon un premier aspect de l'invention préférentiel, au moins une desdites zones conductrices définit ainsi une structure d'interconnexion, permettant de rapporter ledit module sur un circuit imprimé. Dans ce cas, ladite structure d'interconnexion présente avantageusement au moins un point de connexion, et au moins une liaison correspondante, se prolongeant sur au moins un bord latéral dudit boîtier jusqu' audit substrat.
Selon un mode de réalisation préférentiel, ladite structure d'interconnexion permet un montage direct sur un circuit imprimé par brasage (sans élément externe d'interconnexion).
Notamment, ladite structure d'interconnexion peut permettre un montage sur un circuit imprimé selon la technique CMS.
Selon un deuxième aspect avantageux de l'invention, au moins une desdites zones conductrices définit un composant passif (ou une portion d'un tel composant passif). Le ou lesdits composants passifs peuvent notamment appartenir au groupe comprenant les capacités, les inductances et les résistances, ainsi que leurs combinaisons.
De façon avantageuse, au moins une desdites zones conductrices est une électrode d'une capacité dont le diélectrique est formé par ledit matériau isolant. Cela peut notamment permettre d'optimiser le découplage des entrées/sorties.
Selon un troisième aspect de l'invention, le procédé comprend preférentiellement la réalisation d'au moins deux zones conductrices conçues pour recevoir au moins un composant. II est ainsi possible de rapporter un ou plusieurs composants sur la surface du module (ou composant). Ils peuvent être montés par exemple par brasure ou par collage sur la surface du module.
Selon un quatrième aspect de l'invention, le procédé comprend avantageusement une étape d'enrobage préalable d'au moins une partie desdits composants, et une étape de metallisation de la partie enrobée, afin d'assurer un blindage électro-magnétique, puis une étape d'enrobage final.
L'enrobage final peut alors être réalisée par surmoulage.
De façon avantageuse, on effectue un blindage indépendant d'au moins deux sous-ensembles de composants. Preférentiellement, si des composants générateurs de chaleur sont présents, au moins un desdits sous-ensembles est relié à un radiateur externe.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, lesdites étapes d'enrobage et de réalisation d'au moins une zone conductrice sont réitérées au moins une fois. II est ainsi possible d'optimiser encore la compacité du module.
Selon un aspect particulier de l'invention, le procédé comprend la mise en œuvre d'une couche de metallisation formant plan de masse.
De façon avantageuse, on réalise au moins une ouverture remplie d'un matériau conducteur traversant au moins une couche d'enrobage. Cela permet d'interconnecter plusieurs couches entre elles ou avec le substrat. La ou lesdites ouvertures peuvent notamment être coniques ou tronconiques. Elles sont par exemple réalisées par perçage mécanique, perçage laser, attaque chimique ou moulage de l'enrobage.
Avantageusement, la ou lesdites ouvertures sont remplies d'un matériau conducteur par sérigraphie ou remplissage sous pression, bains chimiques et/ou électrochimiques.
Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit matériau isolant est un matériau plastique.
De façon préférentielle, ledit matériau isolant présente un coefficient d'expansion thermique choisi de façon qu'il soit compatible avec celui du matériau de circuit imprimé sur lequel ledit composant ou module sera rapporté.
Cela permet de fiabiliser le montage sur le circuit imprimé.
Avantageusement, ladite étape d'enrobage est sélective, de façon à épargner au moins une portion de surface dudit substrat, de façon à présenter une continuité électrique entre au moins une desdites zones conductrices et au moins une desdites portions de surface.
Ladite étape d'enrobage peut être notamment réalisée par coulée de matière, injection de matière ou transfert de matière, puis polymérisation ou frittage. Ladite étape de réalisation d'au moins une zone conductrice comprend quant à elle avantageusement une étape de metallisation de la surface dudit matériau isolant et une étape de réalisation de formes géométriques permettant de supprimer une partie de ladite metallisation.
Ladite étape de metallisation peut notamment comprendre un traitement de surface par au moins un bain chimique et/ou électrochimique, peinture conductrice, pulvérisation d'éléments conducteurs et/ou vaporisation sous vide.
Ladite étape de réalisation de formes géométriques comprend avantageusement une gravure en trois dimensions par laser ou par révélation sélective (« MID » : « Molded Interconnection Device ») ou une attaque chimique.
De façon avantageuse, le procédé peut comprendre en outre une étape de dépôt d'un film en matière organique photosensible sur ledit enrobage et la ou lesdites zones conductrices.
Selon un autre aspect de l'invention, le procédé comprend de façon avantageuse une étape de réalisation d'au moins un drain thermique pour aider à l'évacuation de la chaleur produite par au moins un desdits composants.
L'invention concerne également les composants et les modules obtenus selon le procédé décrit ci-dessus. Dans la présente description, on utilise plus souvent le terme module. Il est clair cependant que la plupart des aspects (à l'exception de ceux spécifiques des modules, et liés notamment au fait qu'un tel module regroupe plusieurs composants) peuvent s'appliquer de la même façon à un composant et à un module. Plus généralement, un composant ou un module selon l'invention comprend un matériau isolant enrobant au moins une partie dudit module et au moins une zone conductrice sur une partie dudit matériau isolant, de façon à définir des zones formant et/ou pouvant recevoir au moins une partie d 6un composant et/ou au moins un élément d'interconnexion. De façon avantageuse, au moins une desdites zones conductrices définit une structure d'interconnexion, permettant de rapporter ledit module sur un circuit imprimé.
Preférentiellement, ledit module ou composant porte au moins un composant passif défini par au moins desdites zones conductrices. Ainsi, il peut notamment comprendre au moins une capacité dont le diélectrique est formé par ledit matériau isolant et au moins une électrode par une desdites zones conductrices.
De façon avantageuse, ledit module ou composant porte au moins un composant connecté à au moins deux desdites zones conductrices. 5. Liste des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de modes de réalisation préférentiels de l'invention, donnés à titre de simples exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés, parmi lesquels : - les figures 1A et 1B présentent, respectivement, vu de dessous, et de côté, un premier exemple de module selon l'invention ;
- la figure 2 illustre le module des figures 1A et 1B rapporté sur un circuit imprimé ;
- les figures 3A à 3F illustrent différentes étapes de fabrication d'un exemple de module selon l'invention ; les figures 4A et 4B présentent le cas d'un effet capacitif réalisé selon la technique de l'invention ;
- la figure 5 présente un exemple de report de composants sur un module selon l'invention ; - la figure 6 illustre un autre exemple d'implantation de composants dans un module selon l'invention. 6. Description de modes de réalisation préférentiels de l'invention 6.1 Rappel du principe de Vinvention
L'invention repose donc sur une approche tout à fait nouvelle de la fabrication des modules, ou des composants, reposant notamment sur l'utilisation d'un enrobage comme support de zones conductrices, sur une ou plusieurs faces et sur un ou plusieurs niveaux, ces zones conductrices ayant un rôle actif de connexion, de composants et/ou de blindage.
Les dépôts d'enrobage et de zones conductrices peuvent être itérés plusieurs fois, et être effectués de façon sélective sur des portions du module ou du composant.
Cette approche permet ainsi de libérer de la surface sur le substrat du module, et donc de limiter la surface que ce dernier occupe sur un circuit imprimé. Cela peut notamment permettre d'incorporer du blindage sur et dans l'enrobage, de l'interconnexion sur la surface d'enrobage, des composants enterrés dans l'enrobage, et/ou des composants montés en surface de l'enrobage.
On notera que le titulaire de la présente demande de brevet a déjà présenté, dans le document de brevet FR-2 808 164, une technique consistant à rapporter une surface métallique sur l'intégralité d'un enrobage d'un composant, de façon à assurer le blindage de ce dernier. La présente invention repose sur une approche tout à fait différente, selon laquelle la surface métallique ne recouvre pas toute la surface de l'enrobage, mais est au contraire répartie sélectivement, de façon à conférer aux zones conductrices ainsi formées des fonctions spécifiques, notamment de connectique (pour permettre le report du module, et/ou pour recevoir des composants) ou encore pour former directement certains composants passifs.
Ainsi, l'invention propose une nouvelle architecture en trois dimensions de boîtier pour modules électroniques, ou pour composants, avec un enrobage isolant et des métallisations sélectives permettant d'intégrer :
- une structure d'interconnexion, par exemple de type CMS ; un blindage électromagnétique, qui peut être sélectif ;
- la réalisation de composants passifs ; - le report de composants sur le module, ailleurs que sur la surface du substrat de ce dernier. 6.2 Exemple de module selon l'invention
Les figures 1 A et 1B illustrent un premier mode de réalisation d'un module selon l'invention, respectivement vu de dessous et de côté. On distingue le substrat 11 habituel, sur lequel ont été classiquement montés des composants. On a pu rapporter ces composants sur les deux faces. On a ensuite déposé sur chacune de ces faces 1 l'enrobage isolant 13. Cet enrobage peut recouvrir également un blindage. Sur la face inférieure (figure 1 A), et plus précisément sur la surface de l'enrobage, on a réalisé des zones conductrices 14, qui définissent une structure d'interconnexion.
Chaque élément d'interconnexion peut être relié au substrat 11 (et plus précisément un composant porté par ce dernier) par une piste conductrice 15, qui se prolonge sur le bord latéral du boîtier (figure 1B). Sur la surface supérieure du module, on a en outre reporté en surface des composants 16 et 17, qui peuvent être reliés de la même façon au substrat, ou à l'aide d'éléments traversants prévus à cet effet. Ce module peut ainsi être directement rapporté sur un circuit imprimé 21, tel une carte d'application d'un client, ainsi que cela est illustré en figure 2. La liaison avec ce circuit 21 est assurée directement par les interconnexions 14 réalisées en surface de l'enrobage, sans qu'aucun interposeur ne soit nécessaire. On obtient ainsi un montage de type CMS très simple, et présentant une épaisseur réduite. La surface occupée est également limitée, du fait que certains composants 16 et 17 ne sont pas présents sur le substrat 11, mais rapportés en surface du boîtier. Comme déjà indiqué, ces composants pourraient également être sur une couche intermédiaire, elle-même recouverte à nouveau d'un enrobage, puis le cas échéant, de nouveaux composants.
6.3 Exemple de révocation d'un module selon Vinvention
Les figures 3A à 3F illustrent un exemple de fabrication d'un module selon la technique de l'invention.
Les étapes successives sont les suivantes : - figure 3 A : sur un substrat 31 sont rapportés classiquement des composants 32, preférentiellement répartis, de façon d'une part à optimiser l'utilisation de la surface, et d'autre part à regrouper les composants selon leur fonction, ou encore à éloigner les composants susceptibles de se perturber, par exemple du fait d'interférences. Dans le cas de l'exemple illustré, les composants sont regroupés en deux zones correspondant respectivement à la bande de base et à la radiofréquence d'un module de radiotéléphonie ;
- figure 3B : les deux groupes bande de base et RF reçoivent un isolant d'enrobage sélectif 33, 34, par exemple selon une technologie prévue de réalisation de boîtiers plastiques ; figure 3C : on métallisé (35) la surface de ces deux zones enrobées 33 et 34, par exemple par bain chimique ou peinture, de façon à assurer un blindage efficace et sélectif, pour chacune des fonctions. On notera que, ce blindage, connu en soi, présente l'avantage d'un coût réduit ne nécessitant pas l'achat et le montage de composants tels qu'une boîte métallique ;
- figure 3D : un surmoulage plastique 36, est ensuite rapporté sur l'ensemble de la partie supérieure du module, de façon à former un boîtier ; figure 3E : selon l'invention, on applique une metallisation 37 sur la surface complète du boîtier surmoulé 36, par un traitement de surface adapté ;
- figure 3F : puis, on supprime une partie de la metallisation 37, de façon à définir les zones conductrices 38 correspondant, dans l'exemple illustré, aux pistes et pastilles d'une structure d'interconnexion, selon par exemple une technique de gravure en trois dimensions.
On notera que les étapes des figures 3E et 3F peuvent être remplacées par une étape unique de réalisation directe des zones conductrices souhaitées, par exemple par sérigraphie.
Le coût de l'interconnexion est ainsi réduit, qui correspond seulement à un coût de process, sans nécessiter d'achat d'un connecteur. Par ailleurs, on note qu'il y a ainsi peu ou pas du tout de surface de substrat occupé par l'interconnexion. Bien sûr les coefficients d'expansion thermique du matériau isolant d'une part, et du matériau du circuit imprimé d'autre part, sont preférentiellement choisis de façon à présenter une bonne compatibilité lors du report du module pour obtenir une plus grande fiabilité de l'interconnexion. 6.4 Intégration de composants passifs dans V enrobage
La technique de l'invention permet par ailleurs d'intégrer efficacement et simplement des composants passifs dans l'enrobage, ainsi que cela est illustré par les figures 4A et 4B, dans le cas d'un effet capacitif. La figure 4A présente schématiquement les électrodes d'une capacité réalisée selon l'invention, et la figure 4B illustre le schéma électrique correspondant.
La pastille 38 (figure 3F) n'est ainsi pas seulement un élément de connexion, mais également une électrode 41 d'une capacité 42, dont l'autre électrode 43 est formée par une zone conductrice interne, réalisée avant la dernière couche d'enrobage, et qui peut par exemple être un plan de masse (correspondant par exemple à un blindage interne).
On obtient ainsi un effet capacitif permettant par exemple une aide au découplage des entrées/sorties. Le coût de ces composants passifs est uniquement un coût process, sans achat de composants. En outre, ces composants n'occupent aucune surface sur le substrat du module. Le diélectrique de la capacité 43 est réalisé par l'enrobage isolant.
Le choix des formes, des épaisseurs et des surfaces des matériaux isolants et conducteurs notamment, permet définir des capacités ou des inductances ou des résistances, ou des combinaisons de ces éléments.
On peut également réaliser certains composants (ou portions de composants), par un choix adapté de la surface d'une zone conductrice. 6.5 Module à double face
Ainsi que cela est illustré sur la figure 5, la technique de l'invention permet encore d'optimiser la répartition des composants en montant certains d'entre eux sur au moins une des faces du module. Dans ce cas, les zones conductrices 51 sont des pistes électriques, permettant l'interconnexion des composants 52 et 53 montés en surface avec les autres composants du substrat 54. Il peut notamment s'agir de composants CMS 52, ou de composants câblés ("wire bonding" ou "ftip chip");
On comprend que la technique de l'invention peut être itérative, et que le traitement illustré par les figures 3A à 3F peut être répété sur les composants 52 et 53 de la figure 5.
La même approche pourrait également être mise en œuvre sur la surface inférieure du composant, notamment en prévoyant des logements 61, 62, comme illustré sur la figure 6, de façon que les composants 63, 64 ne dépassent pas de la surface.
Dans l'exemple de la figure 6, on peut également prévoir que les logements 61, 62 seront recouverts d'un enrobage, et le cas échéant d'un blindage. é.6 Précisions sur la fabrication des modules ou composants selon l'invention L'invention permet donc de réaliser des modules électroniques, ou des composants, sous la forme d'un boîtier enrobé pourvu d'une série de un ou plusieurs enrobages de matériaux électriquement isolants intercalés entre un ou plusieurs dépôts de couches électriquement conductrices, dont la définition des formes géométriques en surface peuvent assurer simultanément au moins certaines des fonctions suivantes :
- blindage de différentes régions indépendantes, avec une surface occupée réduite sur le substrat du module ;
- connexion par brasage sur une circuit imprimé sans occuper de surface sur le substrat du module ; - intégration de fonctions électriques équivalant à des éléments passifs, sans occuper le volume correspondant sur ou dans le substrat ;
- possibilité de report de composants sur l'enrobage du boîtier (et non sur le substrat du module, ou sur un autre emplacement du circuit imprimé). Le blindage électromagnétique de l'invention permet d'associer un blindage interne et un blindage externe d'une ou plusieurs régions du module, par la réalisation d'une enveloppe conductrice autour des composants de chacune des ces régions, selon le principe d'une cage de Faraday ramenée à la masse. Ce dépôt de couches conductrices peut notamment être réalisé par :
- pulvérisation d'éléments conducteurs ;
- peinture conductrice ; attache d'éléments conducteurs par succession d'un ou plusieurs bains chimiques et/ou électrochimiques. L'enrobage isolant recevant cette couche est quant à lui avantageusement sélectif, dans le choix des matériaux, et pour épargner des surfaces du substrat définies de manière à présenter une continuité électrique entre le dépôt conducteur sur l'enrobage et la masse du substrat.
Cet enrobage isolant peut par exemple être réalisé par : - coulée de matière et polymérisation ou frittage ;
- injection de matière et polymérisation ou frittage ;
- transfert de matière et polymérisation ou frittage.
La structure d'interconnexion qui peut être réalisée sur un module électronique selon l'invention, associe des terminaisons conductrices pour l'interconnexion, sous la forme de pastilles de formes géométriques paramétrables, reliées par des pistes aux sorties signaux du substrat, elles-mêmes réparties sur la surface ou sur la tranche de ce dernier.
Ces formes géométriques du dépôt conducteur sur la surface tridimensionnelle de l'enrobage isolant peuvent notamment être réalisées par : - gravure d'un dépôt conducteur initialement uniforme ;
- attaque chimique d'un dépôt conducteur initialement uniforme ;
- dépôt sélectif par pochoir d'une surface conductrice ;
- dépôt sélectif de matière conductrice par affinité chimique ou électrochimique avec les matériaux isolants de l'enrobage sur lequel ledit dépôt est effectué. Selon l'invention, on peut réaliser des fonctions électriques de schémas équivalents passifs, en associant par exemple les réalisations de plans masse conducteurs et de surfaces conductrices de formes géométriquement paramétrables de façon que ces éléments soient séparés par des matériaux isolants, et que le choix des : caractéristiques électriques des matériaux isolants et conducteurs ;
- épaisseurs de dépôt des matériaux isolants et conducteurs ;
- formes et tailles des surfaces conductrices obtenues, permettent d'obtenir des fonctions électriques telles que des capacitances, des inductances, des résistances, et des circuits équivalents à l'association de ces composants passifs.
Comme déjà indiqué, un module ou un composant selon l'invention peut mettre en œuvre plusieurs itérations de dépôt de matières électriquement conductrices et isolantes, de façon à recevoir encore plus d'éléments ou de fonctions. En outre, des composants montés en surface par brasure ou par collage peuvent être reportés sur des empreintes conductrices réalisées sur la surface final du module.
Il est souhaitable que le matériau isolant pour l'enrobage supportant l'interconnexion conductrice soit choisi de façon qu'il présente un coefficient d'expansion thermique compatible avec celui du matériau du circuit imprimé sur lequel il sera reporté.
Avantageusement on peut prévoir en outre que l'on rapporte un film par exemple de matière organique photosensible sur la surface au-dessus de l'emobage et du dépôt métallique, de façon à assurer une protection de surface et d'épargne des zones définies pour l'assemblage des composants.
Pour permettre une interconnexion dans le volume de l'enrobage, entre plusieurs couches conductrices successives séparées par des couches isolantes, on réalise avantageusement un ou plusieurs trous par exemple cylindriques ou coniques, dans les couches isolantes, et qui seront remplies de matériaux conducteurs.
Ces interconnexions dans le volume de l'enrobage sont par exemple obtenues par : - perçage mécanique ou laser ; attaque chimique ou tous procédés d'enlèvement de matière ;
- moulage mécanique à l'enrobage, ou tous procédés épargnant l'arrivée de matière à l'enrobage dans un volume prédéfini.
Le dépôt de matière conductrice dans ces trous peut notamment être effectué par : sérigraphie ou remplissage sous pression ;
- bains chimiques et/ou électrolytiques ; suivi de l'enlèvement de matière conductrice en excès. On peut également prévoir de réaliser des drains thermiques, pour évacuer la chaleur produite par certains composants enrobés, ou montés en surface du module. Ces éléments électriquement conducteurs permettent de dissiper la chaleur vers l'extérieur du module.
Les interconnexions dans le volume peuvent être utilisées pour connecter les composants sources de chaleur vers des plans de masse, ces derniers étant connectés ensuite au circuit imprimé.
Les éléments électriquement isolants peuvent également être choisis pour être thermiquement conducteurs, notamment lorsqu'ils enrobent des composants sources de chaleur, de manière à dissiper cette chaleur vers l'extérieur, et par exemple vers des radiateurs.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un composant ou d'un module regroupant dans un boîtier prêt à monter sur circuit imprimé un ensemble de composants montés sur un substrat, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une étape d'enrobage à l'aide d'un matériau isolant d'au moins une partie dudit module et au moins une étape de réalisation, sur une partie dudit matériau isolant, d'au moins une zone conductrice, de façon à définir des zones formant et/ou pouvant recevoir au moins une partie d'un composant et/ou au moins un élément d'interconnexion.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une desdites zones conductrices définit une structure d'interconnexion, permettant de rapporter ledit module sur un circuit imprimé.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite structure d'interconnexion présente au moins un point de connexion, et au moins une liaison correspondante, se prolongeant sur au moins un bord latéral dudit boîtier jusqu' audit substrat.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ladite structure d'interconnexion permet un montage sur un circuit imprimé par brasage.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite structure d'interconnexion permet un montage sur un circuit imprimé selon la technique CMS.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'au moins une desdites zones conductrices définit un composant passif.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le ou lesdits composants passifs appartiennent au groupe comprenant les capacités, les inductances et les résistances, et leurs combinaisons.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'au moins une desdites zones conductrices est une électrode d'une capacité dont le diélectrique est formé par ledit matériau isolant.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux zones conductrices conçues pour recevoir au moins un composant.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le ou lesdits composants sont montés par brasure ou par collage.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'enrobage préalable d'au moins une partie desdits composants, et une étape de metallisation de la partie enrobée, afin d'assurer un blindage électro-magnétique, puis une étape d'enrobage final.
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que ladite étape d'enrobage final est réalisée par surmoulage.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 et 12, caractérisé en ce que l'on effectue un blindage indépendant d'au moins deux sous-ensembles de composants.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'au moins un desdits sous-ensembles est relié à un radiateur externe.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que lesdites étapes d'enrobage et de réalisation d'au moins une zone conductrice sont réitérées au moins une fois.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend le dépôt d'une couche de metallisation formant plan de masse.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'on réalise au moins une ouverture remplie d'un matériau conducteur traversant au moins une couche d'enrobage.
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que la ou lesdites ouvertures sont coniques ou tronconiques.
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 17 et 18, caractérisé en ce que la ou lesdites ouvertures sont réalisées par perçage mécanique, perçage laser, attaque chimique ou moulage de l'enrobage.
20. Procédé selon l'une quelconque des revendications 17 à 19, caractérisé en ce que la ou lesdites ouvertures sont remplies d'un matériau conducteur par sérigraphie ou remplissage sous pression, bains chimiques et/ou électrochimiques.
21. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, caractérisé en ce que ledit matériau isolant est un matériau plastique.
22. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 21, caractérisé en ce que ledit matériau isolant présente un coefficient d'expansion thermique choisi de façon qu'il soit compatible avec celui du matériau de circuit imprimé sur lequel ledit composant ou module sera rapporté.
23. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 22, caractérisé en ce que ladite étape d'enrobage est sélective, de façon à épargner au moins une portion de surface dudit substrat, de façon à présenter une continuité électrique entre au moins une desdites zones conductrices et au moins une desdites portions de surface.
24. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 23, caractérisé en ce que ladite étape d'enrobage est réalisée par coulée de matière, injection de matière ou transfert de matière, puis polymérisation ou frittage.
25. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 24, caractérisé en ce que ladite étape de réalisation d'au moins une zone conductrice comprend une étape de metallisation de la surface dudit matériau isolant et une étape de réalisation de formes géométriques permettant de supprimer une partie de ladite metallisation.
26. Procédé selon la revendication 25, caractérisé en ce que ladite étape de metallisation comprend un traitement de surface par au moins un bain chimique et/ou électrochimique, peinture conductrice, pulvérisation d'éléments conducteurs et/ou vaporisation sous vide.
27. Procédé selon l'une quelconque des revendications 25 et 26, caractérisé en ce que ladite étape de réalisation de formes géométriques comprend une gravure en trois dimensions par laser ou par révélation sélective (« MID » : « Molded Interconnection Device ») ou une attaque chimique.
28. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 27, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de dépôt d'un film en matière organique photosensible sur ledit enrobage et la ou lesdites zones conductrices.
29. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 28, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de réalisation d'au moins un drain thermique pour aider à l'évacuation de la chaleur produite par au moins un desdits composants.
30. Composant ou module regroupant dans un boîtier prêt à monter sur circuit imprimé un ensemble de composants montés sur un substrat, caractérisé en ce qu'il comprend un matériau isolant enrobant au moins une partie dudit module et au moins une zone conductrice sur une partie dudit matériau isolant, de façon à définir des zones formant et/ou pouvant recevoir au moins une partie d 'un composant et/ou au moins un élément d'interconnexion.
31. Composant ou module selon la revendication 30, caractérisé en ce qu'au moins une desdites zones conductrices définit une structure d'interconnexion, permettant de rapporter ledit module sur un circuit imprimé.
32. Composant ou module selon l'une quelconque des revendications 30 et 31, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un composant passif défini par au moins desdites zones conductrices.
33. Composant ou module selon l'une quelconque des revendications 30 à 32, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une capacité dont le diélectrique est formé par ledit matériau isolant, et au moins une électrode par une desdites zones conductrices.
34. Composant ou module selon l'une quelconque des revendications 30 à 33, caractérisé en ce qu'il porte au moins un composant connecté à au moins deux desdites zones conductrices.
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