Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
6~7
L'invention a pour objet un boltier plat pour
dispositifs a circuits intégrés~
Les disposi-tifs a circui-ts in-tégrés ont origi-
nellemen-t la forme de pastilles minuscules de quelques
millimetres carrés, dont l'une des deux faces - appelee
face active - inclut les circui-ts elec-triques et comporte
des plots de sortie appropriés a la connexion par soudure
à des conducteurs de liaison.
La capsulation de ces dispositifs a notamment
pour but de les proteger mécaniquement e-t de leur donner
un forma-t conventionnel facilitant leur emploi dans des
structures électroniques complexes. Elle met nécessaire-
ment en oeuvre l'application de chaque dispositif sur un
elément de support, l'utilisation de bornes de sortie
extérieures au boî-tier, la connexion de ces bornes exte-
rieures aux plots de sortie respectifs de chaque dispo-
sitif par l'intermediaire d'au moins un reseau de con-
ducteurs, et la protection de l'ensemble pour notamment
ameliorer ses proprietes mecaniques, thermiques et élec-
triques.
Le boîtier de ce genre qui est le plus répandudans les montages électroniques depuis plus d'une decennie
se presente sous la forme d'un parallelepipede rectangle
flanque lonyitudinalement de deux rangees opposees de
pattes de connexion, qui constituent lesdites bornes de
sortie du boîtier. A cause de la disposition de ces
pattes, ce boltier est couramment designe par le sigle
anglo-saxon DIL ("Dual-In-Line") ou DIP ("Dual-In-Line
Package"). En realite, ces pattes sont les extremites
exterieures de conducteurs convergeant chacun a un plot de
sortie du dispositif. L'ensemble de ces conducteurs est
noyé avec le dispositif à circuits integres dans un enro-
bage en matière plastique ou en céramique, qui constitue
le boîtier même.
Les boîtiers DIL que l'on trouve actuellement
sur le marche ont une epaisseur de plusieurs millimetres
'~
-- 2
(géneralemen-t de trols a quatre millimetres) et une sur-
face d'au moins un centimètre carre. Mais étant donné la
miniaturisation sans cesse plus poussee et plus exigee
dans maintsdomaines d'applica-tion, les constructeurs se
sont efEorces de réduire les dimensions des boîtiers. Or,
s'il est possible de restreindre sans incGnVénient la sur-
face des boitiers DI~, il en va autrement de l'epaisseur.
En effet, l'enrobage doit border rigidement les deux
grandes faces de la pastille de circuits integres pour
qu'~ la flexion elle ne se rompe pas ou, surtout, elle
n'ait ses circui-ts partiellement endommages pour produire
de faux résultats. Ne peut donc pas convenir comme subs-
tance d'enrobage une matiere plastique ou une résine, qui
ne sont suffisamment rigides que pour des epaisseurs rela-
tivement grandes; d'un autre côte, la céramique en couche
mince se craquele a la flexion. Theoriquement, la cera-
mique est en effet exploitable au-dela de 0,635 milli-
metre, mais il s'est avere qu'en pratique l'epaisseur
minimale devait être legerement inferieure au millimètre.
Pour remedier à ces inconvénients, les construc-
teurs ont remplace l'enrobage, en tant que paroi rigide de
protection, par une armature metallique. Ainsi, le dispo-
sitif repose, par sa face non active, dans le ~ond d'une
coupelle metallique mince traversee par des pattes de
connexion isolees de la coupelle par du verre. Les extre-
mites interieures de ces pattes sont reliees aux plots de
sortie de la face active du dispositif par des fils
souples (selon la technique dite "wire-bonding") ou par
des poutres (technique di-te T.A.B. "Tape Automatic
Bonding'l). Une substance d'enrobage consolide souvent
l'ensemble et~ou un couvercle ferme la coupelle. On cons-
tatera que la fabrication d'un tel boîtier, connu sous le
nom anylo-saxon 'Iflat pack", est très complexe, donc tres
couteuse, relativement au boîtier DIL. Il faut en effet
disposer dlune coupelle metallique, y menager des ouver-
tures laterales, former des billes de verre dans les ouver-
tures respectives et y placer les pattes de connexionavant qu'elles ne se solidifient, poser le dispositif à
circuits integres dans le foncl de la coupelle, souder les
fils ou poutres par leurs deux extremites respectivement
aux pa-ttes de connexion et au~ plots de sortie du disposi-
tif, couler la substance d'enrobage dans la coupelle et/ou
refermer le tout par un couvercle ou un moulage.
Ce boîti.er ~ut améliore pour donner le l'package
carrier". Selon ce mode de realisation, la coupelle et le
couvercle eventuel sont en ceramique, bon dissipateur
thermique et relativement malleable. Ainsi, les bornes de
sortie qui traversent la coupelle sont coulees dans la
ceramique et se presentent à l'exterieur comme des plots
lateraux au lieu de pattes. Aussi ce boitier peut-il être
connecte à un montage exterieur par insertion dans un
espace complementaire à la surface du boîtier et pourvu de
plo-ts correspondants pour le contact avec ceux du boî-tier.
Dans un cas particulier connu, le montage exterieur est un
boîtier DIL, dans lequel le boitier "package carrier"
tient lieu de dispositif à circuits integres.
Bien que moins onereux et moins encombrant en
surface que le precedent, ce boîtier est necessairement
plus epais, puisque la ceramique doit etre en couche rela~
tivement épaisse pour avoir la rigidite desiree.
D'autre part, l'integration à grande echelle qui
se repand de nos jours dans la fabrication des circuits
integres pose aussi un autre problème. Il est en effet
evident que la concentration, dans un même substrat,
- d'elements de circuit remplissant dif~erentes -~onctions
specialise le dispositif resultant à des applications tr~s
particulières, ce qui en general empêche une fabrication
en grande serie de ce dispositif. On conçoit ainsi
l'avantage qu'offrirait la reunion dans un même boitier
aussi compact que possible, plusieurs dispositifs inter-
connectes et diffuses en grande serie à circuits integres,
selon les besoins du client. Comme avantages, on retien-
B~
dra l'util.isation de dispositifs peu specialisés et defaible coû-t, le choix offert à la clientèle par la reunion
des dispositifs, et l'assemblage possible de dispositifs à
circui-ts intégres relevant de techniques differentes.
Par exemple, au sujet de ce dernier point, tout
dispositif monolithique à circuits integres incorporant
une memoire et son circuit de commande n'offre actuelle-
ment que de très faibles possibilites, de sorte qu'il faut
utiliser deux dispositifs remplissant respectivement les
fonctions de memoire et de commande de memoire et les
interconnecter pour obtenir un ensemble performant.
La structure des boîtiers qui ont ete decri-ts
ci-dessus interdit l'inclusion de plusieurs dispositifs et
de leur circuit d'interconnexion dans un même boîtier, du
fait qu'elle exige le croisement des conducteurs de sortie
avec les conducteurs d'interconnexi.on.
La difficulte a ete contournee en remplacant,
dans un boîtier du type "flat pack" ou "package carrier",
le dispositif à circuits integres par une plaquette de
2Q support comportant les dispositifs à circuits integres,
leur circuit d'interconnexion et les conducteurs de
sortie, sous forme de circuits imprimes. Les conducteurs
de sortie se terminent en forme cle plages de connexion,
sur lesquelles sont soudes les conducteurs de liaison
conduisant aux bornes de sortie du boîtier.
On a vu precedemment que l'epaisseur de tels
boîtiers est pratiquement irreductible au millimètre et
que leur fabrication est plus ou moins complexe et coû-
teuse. Par ailleurs, comme la plaquette de support doit
reposer sur ].a coupelle de protection du boîtier, les
circuits d'interconnexion et les dispositifs à circuits
integres doivent tous etre portes sur une meme face de la
plaquette. Par consequent, on ne peut imbriquer les
circuits d'interconnexion qu'en les repartissant sur
plusieurs couches conductrices electriquement isoleesO
Naturellement, la ceramique s'est imposee comme materiau
-- 5
constituant la plaquette, compte -tenu de ses bonnes pro-
priétes physiques, électriques et thermique~, de son
faib]e coût, cle la maîtrise que l'on a actuellement a
former sur ce materiau les circuits imprimes et les
soudures, e-t de l'avantage ofEert par la na-ture clu boitier
à n'utiliser qu'une face de la plaquette. Tou-tefois, on
sait que la céramique doit être epaisse pour fournir tous
les avantages que l'on a enonce precedemment.
I1 s'avere cependan-t que l'epaisseur d'un
boîtier à un ou plusieurs dispositifs a circuits integres
est un facteur capital dans certaines applications parti-
culières. C'est le cas par exemple de la fabrication de
cartes portatives normalisees, du type "cartes de credit"
telles que celles decrites dans la demande canadienne
N 268,082 du 16 decembre, 1976 deposee par la demande-
resse. Les dimensions de ces cartes sont regies par la
norme ISO/DIS 2894 ëdictee par l'Organisation Interna-
tionale des Normes. Ces cartes doivent ainsi se présenter
sous forme d'un rectangle de 85,72 millimètres x 55,98
millimetres et avoir une epaisseur de 0,762 millimetre, a
laquelle il est permis d'ajouter au plus 0,50 millimetre
pour indiquer, par exemple, le nom et l'adresse du titu-
laire de la carte au moyen d'elements rapportes (tels que
des etiquettes collantes) ou d'impressions formees dans la
carte elle-même. Pour mettre en oeuvre l'invention
decrite dans le brevet precite, il faut donc que le
boitier qui doit être inclus dans une cavite de la carte
ait une epaisseur inférieure au millimetre. En outre,
comme les cartes sont faites en un matériau plastique,
communément en chlorure de polyvinyle (PVC), il faut donc
aussi que le boitier soit relativement souple, sans que
cela soit prejudiciable a la structure ou au fonctionne-
ment du montage electrique qu'il incorpore. En supposant
que ce boîtier doit inclure un composant de memoire pour
consigner l'identite du titu]aire de la carte, son code
confidentiel et les debits et credits qu'il pourra effec-
-- 6
tuer, et un composant servant a la commande de cettemémoire, le boîtier multi-composant qui a ~eté décrit ci~
dessus est absolument incapable de satisfaire les condi-
tions requises pour la car-te de crédit. On a aussi montre
que si même un seul dispositif monolithique remplissant
les fonctions de memoire et de commande de cette memoire
etait incorpore à un boitier mono-composant connu, ce
boitier serait encore trop epais et inapplicable aux
cartes de credit normalisees.
Dans d'autres cas d'application, le facteur
capital sera la surface ou le volume d'encombrement qui
constituera le facteur decisif de son application. Or, si
ce boîtier doit enfermer plusieurs dispositifs à circuits
integres, la surface nécessaire à leur implanta'cion sur
une Eace de la plaquette contenue dans la coupelle du
boitier est obligatoirement grande. ~utrement dit, les
contraintes imposees par la structure de ce boitier sont
inconciliables avec les problèmes de reduction d'encombre-
ment.
L'invention presente un boîtier pour un ou plu-
sieurs dispositifs à circuits integres, dont l'epaisseur
et/ou la surface peuvent 8tre notablement reduites par
rapport a ces m8mes paramètres des boitiers de la techni-
que anterieure et dont il est possible de leur donner la
souplesse requise sans nuire au bon etat ou au bon fonc-
tionnement du montage electrique incorpore.
Un boi-tier plat conforme à l'invention pour au
moins un dispositif à circuits integres pourvu de plots de
sortie est du type comprenant un element de support de ce
30 dispositif, une plurali-te de bornes de sortie exterieures
au boîtier, un reseau de conducteurs reliant lesdites
bornes de sortie auxdits plots de sortie du dispositif, et
un moyen de protection, et est caracterise en ce que:
ledit element de support est une plaquette et lesdites
bornes de sortie du boitier sont des plages de contact
disposees sur cette plaquette; au moins les conducteurs
-- 7
dudit réseau qui sont rattaches auxdites plages de contact
reposent sur ladite plaquette de suppor-t; et ledit moyen
de protection comprend un enrobage electriquement isolant,
enrobant partiellement la plaquette de suppor-t et laissant
degagees au moins lesdites plages de contact.
Les caracteristiques et avantages de l'invention
ressortiront plus clairement de la description qui suit,
faite en reference aux dessins annexes.
Dans les dessins
- La figure 1 est une vue de dessus, avec
ecorche, d'un boîtier DIL de la technique anterieure;
- _a figure 2 est une vue en coupe suivant la
ligne II-II de la figure l;
- la figure 3 est une vue en coupe transversale,
analogue à celle de la figure 2, d'un boîtier du type
"flat-pack" de la technique anterieure;
- la flgure 4 est une vue de dessus d'un boîtier
du type "package carrier" de la technique anterieure;
- la figure 5 est une vue en coupe suivant la
ligne V-V de la figure ~;
- la figure 6 est une vue de dessus d'un exemple
de realisation d'un boîtier conforme à l'invention inclu-
ant deux dispositifs interconnectes à circuits integres;
- la figure 7 est une vue en coupe suivant la
ligne VII-VII de la figure 6;
- la figure 8 est une vue en coupe analogue a
celle de la figure 7, d'un autre exemple de realisation
d'un boîtier conforme a l'invention, incluant trois dispo-
sitifs à circuits integres, interconnectes et disposes sur
les deux ~aces de la plaquette de support du boîtier.
Les boltiers de la technique anterieure qui ont
ete decrits et discutes precedemment sont illustres dans
les figures 1 a 5.
On ne fera donc que des commentaires tres brefs
a leur sujet.
Aux figures 1 et 2 est presente un boîtier DIL
-- 8 --
10, don~ les conduc-teurs cle sortie 11 convergent, à l'in-
térieur d'un enrobage isolant parallélépipédique rectangle
12, autour d'une plaquette de support centrale 13 sur
laquelle repose un dispositif à circuits intégrés 14 dont
les plots de sortie 15 sont relies aux extrémités inté-
rieures des conducteurs de sortie 11 par l'intermédialre
de conducteurs de liaison 16. Les conducteurs de sortie
11 se distribuent en deux rangées latérales symétriques à
l'enrobage 12 et sont coudées a angle droit au niveau de
deux lignes 17. Quant aux conducteurs de liaison 16, ce
peut être des fils, comme illus*ré, ou des poutres
cambrees pour s'accomoder de la différence de niveau entre
les extrémités intérieures des conducteurs de sortie 11 et
les plots de sortie 15 du dispositif 14.
Le boîtier "flat-pack" 20 (figure 3) est sensi-
blement analo~ue ~ celui du boltie.r précédent 10. Du
reste, il se présente, vu de dessus, comme le boitier 10.
En réalité, il ne diffère du precedent que par le moyen de
protection qui, au lieu d'être ~m enrobage, est ici une
coupelle. Plus precisement, le boîtier 20 presente deux
rangées latérales de conducteurs 21 formant les bornes de
sortie du boitier 20 et traversant les grandes parois
latérales d'une coupelle rectangulaire 22 au travers de
~;. fenêtres 23. Le matériau de la coupelle 22 est de préfé-
rence bon dissipateur de la chaleur et mécaniquement
résistant, comme le laiton ou la ceramique. Le laiton a
cependant l'avantage sur la céramique d'être suffisamment
re.sistant pour de faibles epaisseurs, mais il oblige
l'isolation electrique entre la coupelle 22 et les conduc-
teurs 21, au moyen par exemple de billes de verre remplis-
sant les fenêtres 23. Sur le fond de la coupelle repose
un dispositif a circuits integrés 24, dont les plots de
sortie 25 sont reliés aux extremites interieures des con-
ducteurs de sortie 21 par des conducteurs de liaison 26,
des fils, comme illustré, ou des poutres. Un couvercle 27
enclot l'ensemble et/ou un enrobage 28 fige tous les
- 9
élémen-ts contenus dans la coupelle.
Les figures 4 et 5 se rapportent à un boîtier
"package carrier" 30. On voit que ce boitier a beaucoup
d'analogie avec le boîtier précédent 20. La seule diffé-
rence réside dans le fait que les bornes de sortie 31 sont
des plots moules dans les paroi.s laterales d'une coupelle
32 formee dans un materiau moulable et de preference bon
dissipateur thermique, tel que la ceramique. Un ~oitier
30 peut comporter un grand nombre de plots 31, lesquels
s'etendent communement sur pratiquement toute la hauteur
du boitier et sont avantageusement aptes à venir en
contact respectivement avec des elements de contact exte-
rieurs 33 de la peripherie d'une cavite conformée pour
recevoir le dispositif 30. Comme dans le cas du boitier
20, le fond de la coupelle 32 du boitier 30 porte un dis-
positif à circuits integres 34, dont les plots de sortie
35 sont relies respectivement aux parties interieures des
plots 31 au moyen de conducteurs de liaison 36. Un enro-
bage 37 fige les elements contenus dans la coupelle et/ou
un couvercle (non illustre) enclot ces elements.
Les figures 6 et 7 représentent un exemple de
realisation d'un boitier plat conforme à l'invention 40,
prevu pour deux dispositifs à circuits integres. Les
bornes de sortie du boitier 40 sont des plages de contact
41 disposées directement sur une face d'une plaquette 42
constituant l'element de support de deux dispositifs à
circuits inte~res 43 et 44. Les plots de sortie 45 de ces
deux dispositi~s sont respectivement relies par des con-
ducteurs de liaison 46 à un ensemble de conducteurs 47
disposes sur l'autre face de la plaquette 42. ~ans l'ex-
emple illustre, les quatre conducteurs 47a - 47d de cet
ensemble forment à la fois le circuit d'interconnexion
entre les deux dispositifs 43 et 44 et les conducteurs de
sortie qui mènent respecti~Tement aux plages de contact 41
(41a - 41d), par l'intermediaire de trous 48 (48a - 48d)
pratiques dans la plaquette 42. Le moyen de protection
-- 10 -
des dispositifs 43 et 44 est formé essentiellement par un
enrobage 49 électriquement isolant, enrobant partiellement
la plaquette de support 42 et laissant dégagées les plages
de contact 41. Dans l'exemple illustré, l'enrobage 49 est
ainsi disposé sur seulement la face de la plaquette 42 qui
porte les dispositiEs 43 et 44.
On voit d'emblée que le boîtier 40 peut être de
très faible épaisseur. D'une part, il n'y a plus de
coupelle col~me dans l.es boitiers antérieurs; d'autre part,
les bornes de sortie 41 peuvent être prévues sur la meme
face que celles portant les dispositifs 43 et 44, à la
périphérie de la plaquette 42 pour que l'enrobage 49 ne
les englobe pas. En outre, ce genre de boîtier a l'avan-
tage de profiter au mieux de la réduction de l'épaisseur
que peut supporter la plaquette 42. Au lieu de la céra-
mique par exemple, il sera avantageux d'utiliser le verre
époxy ou un matériau plastique, tel que par exemple celui
vendu sous le nom de "Kapton". Avec ces deux matériaux,
on peut descendre en dessous de 0,2 millimètre pour
l'épaisseur de la plaquette, et o:btenir ainsi un boîtier
40 dont l'épaisseur totale est au plus inférieure au
millimètre. Ces matériaux sont aussi préférés pour leur
souplesse. Toutefois, si leur faible épaisseur leur
confère une souplesse trop grande, prejudiciable au bon
état et fonctionnement du boîtier, il sera avantageux
d'utiliser des moyens de renforcement de rigidité de la
plaquette, tels que les éléments de bordure 50 représentés
sur les figures 6 et 7. Ces éléments de bordure sont
rapportes, mais pourraient être une nervure périphérique
3Q de la plaquette. De la sorte, les moyens de renforcement
50 font partie du moyen de protection du boîtier 40. Par
ailleurs, on voit à la figure 6 que les deux dlspositifs
43 et 44 reposent sur un même conducteur 47a, constituant
le conducteur de masse et jouant de même le role de dissi-
pateur de la chaleur dégagée par les dispositifs 43 et 44.
Dans le cas où l'on désire concilier l'encombre-
2~7
ment en epaisseur et en surface d'un boitier conforme aL'invention, la igure 8 donne un exemple de realisation
d'un tel boîtier. ~ la figure 8, le boîtier 51 comporte
respectivement sur les deux faces de la pla~uette 52 deux
circuits d'interconnexion 53, 53' relies l'un à l'autre
par des trous 54 pratiques dans la plaquette 52. Dans
l'exemple illustre, les circuits d'interconnexion 53 et
53' relient entre eux trois dispositifs a circuits inte-
gres 55, 56 et 57. D'autre part, comme variante de réali-
sation du boîtier 40, le circuit d'interconnexion 53 secompose de deux couches conductrices superposees 53a, 53b
isolees entre elles par une couche d'isolation 53c, à
l'exception de trous conducteurs de liaison 53d. Les con-
ducteurs de sortie tels que les conducteurs 58a et 58b du
reseau de conducteurs disposes sur la plaquette 52 abou-
tissent aux bornes de sortie du boîtier portees par la
plaquette 52, telles que les bornes 59a, 59b.
Comme variante de realisation egalement, les
plots de sortie 60 des dispositiEs 55 et 56 sont reliés au
circuit d'interconnexion 53 par des poutres cambrees 61,
au lieu de fils 46 comme dans le cas de boîtier 40; quant
au dispositif 57, ses plots de sortie 60 sont directement
connectés a des conducteurs du circuit 53'.
Bien entendu, un enrobage 62, 62' noie les dis-
positifs 55, 56 et 57 avec au moins en partie, d'une
manière generale, le reseau de conducteurs forme par les
circuits 53 et 53' et les conducteurs de liaison 61. Cet
enrobage exclut les bornes de sortie 59 du boîtier. En
outre, les elements de renforcement de rigidite 63, 63'
sont utilises comme dans le cas du boîtier 40.
Les deux exemples d'execution de l'invention qui
viennent d'être decrits en reference aux figures 6/ 7 et 8
font bien ressortir les caracteristiques fondamentales de
l'invention et toutes les variantes que l'on peut appor-
ter. C'est ainsi, par exemple, que les bornes de sortie
d'un boîtier conforme a l'invention peuvent se tenir sur
3~
- 12 -
les deux faces de la pl.a~uette, et qu'il va de soi qu'un
tel boitier s'applique a l'incorporation d'un seul dispo-
sitif aussi bien qu'à un nombre quelconque de dispositifs.
En d'autres termes, llinvention n'est nullement limitee à
ces exemples et comprend d'une maniere generale tous les
moyens equivalant aux moyens décrits et illustres, ainsi
qu'a leur combinaison, en conformite avec les revendica-
tions annexées.
