CÁPSULA MICROONDAS EN MINIATURA Y PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN DE LA CÁPSULA.

Cápsula microondas en miniatura que consta de un chip microondas (60) que tiene una cara activa (62,

130, 140), que consta de unos conductores eléctricos (64, 132) de la cara activa, de unos componentes microondas activos (65), y una cara posterior (66) opuesta a la cara activa, que consta de unos conductores eléctricos (46, 68) de la cara posterior, de una tapa de protección (72, 176, 178, 180), que se caracteriza porque la tapa (72, 176, 178, 180) de protección se fija sobre la cara activa (62, 130, 140) del chip (60) que la recubre al menos parcialmente, la tapa de protección presentando al menos una escotadura (154) que forma una cavidad (80, 94, 96, 98) con la cara activa del chip

La presente invención se refiere a una cápsula en miniatura para el encapsulado de circuitos microondas integrados que funcionan hasta con unas frecuencias de 200 GHz y, en particular, a la protección del circuito integrado encapsulado en la cápsula.

La evolución de las aplicaciones de microondas en unas frecuencias cada vez más elevadas implica una demanda creciente de circuitos integrados que presentan una gran integración y compacidad.

Las cápsulas microondas de la técnica actual utilizan, en particular, tecnologías orgánicas (PCB) o cerámica. El principio común de estas cápsulas consiste en trasladar un chip electrónico a una cápsula e interconectarlo, principalmente mediante hilos conductores, en el caso de los circuitos que constan de unas líneas de tipo microcinta,

o de forma menos habitual mediante unos contactos de soldadura (o bumps en inglés) en el caso de los circuitos uniplanos. El circuito integrado se protege contra las agresiones físicas, químicas o de cualquier otro tipo procedentes del exterior, en particular, mediante el cierre de la cápsula con una tapa.

La figura 1 representa un ejemplo de realización de una cápsula microondas de la técnica habitualmente conocida como MMIC, que es en inglés « Monolithic Microwave Integrated Circuit », que funciona en unos intervalos de frecuencias comprendidos entre 1 GHz y 100 GHz.

La cápsula microondas de la figura 1 consta esencialmente de un chip microondas 10, que tiene una cara activa 12, que integra unos componentes microondas activos 14, en particular unos transistores, unos conductores eléctricos 16 y una cara posterior 18 opuesta a la cara activa. El chip 10 se traslada por su cara posterior 18 a un fondo metálico 20 de la cápsula microondas. La cápsula consta de unos contactos eléctricos en forma de patas metálicas 22 para su traslado a un circuito de interconexión (o circuito de recepción), no representado en la figura.

Las patas metálicas 22 de la cápsula de la figura 1, solidarios mecánicamente con la cápsula, garantizan las conexiones eléctricas entre el chip 10 y el exterior de la cápsula por medio de hilos eléctricos 24 que conectan los conductores eléctricos 16 de la cara activa del chip a las patas metálicas 22 de la cápsula.

La cápsula de la figura 1 se cierra con una tapa 26 que protege el chip del exterior. El chip se encuentra entonces en una cavidad de aire 28 (o un gas) formada por la cápsula cerrada con su tapa.

La cápsula microondas de la figura 1 está destinada a trasladarse a una tarjeta electrónica para la interconexión, por ejemplo, con otros circuitos electrónicos.

La solicitud de patente US 2003/0111714 A1 muestra una cápsula de cerámica para el montaje de un circuito milimétrico integrado. El circuito integrado está ubicado en una cavidad de la cápsula cerrada por una tapa.

Las figuras 2 y 3 muestran otras dos técnicas del estado actual de la técnica de protección de los circuitos integrados.

La figura 2 representa un chip microondas 40 que tiene una cara activa 42 que consta de unos conductores eléctricos 43 de la cara activa, integrando la cara activa unos componentes microondas activos 44, y una cara posterior 45 opuesta a la cara activa que consta de unos conductores eléctricos 46 de la cara posterior.

La protección del circuito integrado 40 se realiza mediante el depósito de una capa dieléctrica de protección 48 de algunos micrómetros sobre la cara activa 42 del chip (tecnología BCB, benzo-ciclo-buteno) que protege de este modo a los elementos frágiles del circuito integrado, como son los transistores o los puentes de aire.

En la figura 3 el circuito integrado 40, que consta de la capa dieléctrica de protección 48 sobre la cara activa 42, se traslada a un sustrato 50 de una cápsula microondas 52. Los conductores eléctricos 16 de la cara activa 12 del chip están conectados eléctricamente, mediante unos hilos 54, a unos conectores eléctricos 56 de la cápsula.

Una vez que el chip 40 se ha traslado y montado sobre el sustrato 50, la cápsula 52 se cierra mediante la deposición de una capa (o gota) 58 de material dieléctrico (tecnología glob-top) sobre la totalidad del circuito integrado 40, que le protege del exterior.

La patente US 6 472 748 B1 muestra unas realizaciones de cápsulas para la encapsulación de un chip microondas (MMIC). Las cápsulas se cierran, bien mediante una tapa, o bien mediante el recubrimiento de una parte de la cápsula que incluye el chip.

Estas diferentes alternativas de la técnica actual para la protección de los circuitos integrados de las cápsulas microondas presentan algunos inconvenientes, en particular:

- las dimensiones de las cápsulas existentes (del orden de 20 mm2); -la reducción de las prestaciones eléctricas, en concreto en las aplicaciones lógicas y analógicas rápidas, en particular de microondas, debida a la longitud de las interconexiones (cableados eléctricos, o bonding wires, líneas de transición, etc.) y a los elementos parásitos ligados a las dimensiones de las cápsulas de la técnica anterior. En particular, la inductancia parásita resultante de estas encapsulaciones limita la ganancia, la estabilidad y la frecuencia de utilización del circuito encapsulado:

- la incompatibilidad de algunas opciones de cápsulas de la técnica anterior con las técnicas de montaje en superficie;

- la necesidad de instalaciones de producción para la prueba de los componentes en cápsulas (test fixture, handler, etc.).

Por otra parte, los principales inconvenientes de las alternativas basadas en protecciones dieléctricas son:

- la reducción notable de las prestaciones, en particular, para las aplicaciones microondas, debida al empleo del dieléctrico, que tiene como efecto aumentar las capacitancias parásitas en los componentes activos (transistores) y pasivos;

- la reducción de las prestaciones eléctricas, en particular en las aplicaciones lógicas y analógicas rápidas, debida a la longitud del cableado eléctrico.

Con el fin de solucionar los inconvenientes de las cápsulas microondas del estado actual de la técnica, la invención propone una cápsula microondas en miniatura, que consta de un chip microondas que tiene una cara activa, que consta de unos conductores eléctricos de la cara activa, de unos componentes microondas activos, y una cara posterior opuesta a la cara activa, que consta de unos conductores eléctricos de la cara posterior, de una tapa de protección. La tapa de protección se fija en la cara activa del chip que la recubre, al menos parcialmente, presentando la tapa de protección al menos una escotadura que forma una cavidad con la cara activa del chip.

En una realización preferente de la cápsula de acuerdo con la invención, la tapa de protección recubre por completo a la cara activa del chip.

En otras realizaciones de la cápsula de acuerdo con la invención, la tapa de protección consta de varias escotaduras, cada una de las escotaduras formando una cavidad con la cara activa del chip.

Un objetivo principal de la invención es proponer una cápsula microondas en miniatura, de bajo coste, que tenga unas muy buenas prestaciones y que funcione hasta en unas frecuencias de 200 GHz.

Otro objetivo de la presente invención es proponer una cápsula microondas en miniatura compatible con las tecnologías de montaje en superficie (SMD, que en inglés es surface mount devices).

Otros objetivos de la presente invención son proponer una protección completa de la cara activa del circuito integrado encapsulado en su cápsula, haciéndolo más resistente y más fácil de manipular.

La invención también se refiere a un procedimiento de fabricación de las cápsulas en grupo disminuyendo el coste de fabricación de las cápsulas.

La invención se entenderá mejor a la vista de los ejemplos de realizaciones de cápsulas microondas en miniatura en relación con las figuras que se anexan a continuación, en las que:

1. Cápsula microondas en miniatura que consta de un chip microondas (60) que tiene una cara activa (62, 130, 140), que consta de unos conductores eléctricos (64, 132) de la cara activa, de unos componentes microondas activos (65), y una cara posterior (66) opuesta a la cara activa, que consta de unos conductores eléctricos (46, 68) de la cara posterior, de una tapa de protección (72, 176, 178, 180), que se caracteriza porque la tapa (72, 176, 178, 180) de protección se fija sobre la cara activa (62, 130, 140) del chip (60) que la recubre al menos parcialmente, la tapa de protección presentando al menos una escotadura (154) que forma una cavidad (80, 94, 96, 98) con la cara activa del chip.

2. Cápsula microondas en miniatura de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque la tapa (72) de protección recubre en su totalidad a la cara activa (62) del chip (60).

3. Cápsula microondas en miniatura de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 2, que se caracteriza porque la tapa de protección consta de varias escotaduras, formando cada una de las escotaduras una cavidad (80, 94, 96, 98) con la cara activa del chip.

4. Cápsula microondas en miniatura de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, que se caracteriza porque la tapa (72) de protección consta de una placa superior (74) paralela a la cara activa (62) del chip, prolongándose la placa superior (74) por unas paredes (76) perpendiculares a la placa superior que se termina por unos bordes (78) en contacto con la cara activa (62) del chip de tal modo que forman con el chip una cavidad (80) comprendida entre la placa superior (74) de la tapa y la cara activa.

5. Cápsula microondas en miniatura de acuerdo con la reivindicación 4, que se caracteriza porque la tapa (72) de protección consta de otras paredes (90, 92) perpendiculares a la placa superior (74) de la tapa de tal modo que forman varias cavidades más (94, 96, 98) con la cara activa (62) del chip.

6. Cápsula microondas en miniatura de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 a 5, que se caracteriza porque las escotaduras de la tapa de protección que forman las cavidades (80, 94, 96, 98) con dicha cara activa (62) del chip (60) están realizadas o bien mediante grabado, o mediante moldeado de la tapa.

7. Cápsula microondas en miniatura de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 o 6 que se caracteriza porque la tapa de protección consta, en el lado de la cara (84) de la placa (72), que queda frente a la cara activa (62) del chip, de unos conductores eléctricos y térmicos (110) de la tapa de protección en contacto con unos conductores eléctricos de la cara activa (112) del chip.

8. Cápsula microondas en miniatura de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 a 7, que se caracteriza porque el chip (60) consta, entre los conductores eléctricos (132) de la cara activa (130) del chip, de unas conexiones eléctricas (134) para la conexión eléctrica del chip con un circuito externo y porque la tapa (136) de protección solidaria con la cara activa (130) del chip (60) que la recubre parcialmente, deja a la vista las conexiones eléctricas

(134) de dicha cara activa del chip.

9. Cápsula microondas en miniatura de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, que se caracteriza porque la tapa de protección se realiza de preferencia en un material seleccionado entre el silicio, plástico, diamante, vidrio, materia orgánica o polímero, o metal.

10. Procedimiento de fabricación en grupo de cápsulas microondas en miniatura de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, que se caracteriza porque consta, al menos, de las siguientes etapas:

- fabricación, sobre una galleta o « wafer », en inglés, o bien de arseniuro de galio, o de nitruro de galio, o de fosfuro de indio, monocristalino, de un conjunto de circuitos integrados (139), constando cada uno de los circuitos integrados de una cara activa (140) y de una cara posterior (142) opuesta a la cara activa, constando la cara activa de unos elementos activos (144), de unos conductores eléctricos (146) de la cara activa, la cara posterior (142) constando de unos conductores eléctricos (148) de la cara posterior, de unos agujeros metalizados (150) en el chip que conectan los conductores eléctricos (146) de la cara activa a los conductores eléctricos (148) de la cara posterior:

- fabricación de un « wafer » tapa (152) a partir de una galleta de silicio con grabado:

a) de escotaduras (154) destinadas a la realización de las cavidades con las caras activas de los chips que se van a proteger;

b) de trazados de corte (156) entre las tapas para la separación de los circuitos integrados cubiertos;

- depósito localizado de un elemento adhesivo en el borde (158) de las escotaduras (154);

- traslado del « wafer » tapa (152) por los bordes (158) de las escotaduras (154) sobre el « wafer » circuitos integrados en las caras activas (140) de los circuitos integrados mediante encolado o mediante « wafer » bonding que constituyen un « wafer » circuitos integrados encapsulados (160);

- disminución del « wafer » circuitos integrados encapsulados (160) por el lado del « wafer » tapa (152) hasta los trazados de corte (156) que separan las tapas de protección de los circuitos integrados del « wafer »

circuitos integrados; -corte del « wafer » circuitos integrados encapsulados (160) para separar las cápsulas (170, 172, 174) que constan de los circuitos integrados protegidos por sus respectivas tapas (176, 178, 180).

11. Procedimiento de encapsulación de una cápsula microondas en miniatura de acuerdo con una de las 5 reivindicaciones 1 a 9, que se caracteriza porque consta, al menos, de las siguientes etapas:

- desarrollo sobre un sustrato temporal (190) de una red de contactos eléctricos (192) o « leadframe » y de unos contactos de soldadura (194) sobre los contactos eléctricos (192); -traslado de la cápsula (170) que consta de un circuito integrado protegido por su tapa (176) en su cara posterior (142) sobre la red de contactos eléctricos (192) por medio de unos contactos de soldadura (194); 10 -moldeado (196) del circuito integrado protegido por su tapa y de la red de contactos eléctricos (192) en el sustrato temporal (190); -disminución del sustrato temporal (190) hasta los contactos eléctricos (192) del « leadframe »;

corte y separación de una cápsula moldeada (200) que consta del circuito integrado protegido por su tapa.