Brevet FR2745953A1 — publié le 19970912

La présente invention concerne un procédé de dissipation de la chaleur émise par une puce électronique. L'invention vise également une puce électronique correspondante. L'électronique embarquée à bord d'un véhicule automobile est soumise à des conditions de températures extrêmes. En outre le fonctionnement des composants génère une quantité de chaleur importante. Pour assurer un bon fonctionnement des composants électroniques contenus dans un boîtier électronique embarqué sur un véhicule, il est donc primordial d'évacuer vers l'extérieur du boîtier la chaleur générée par les composants eux mêmes. A cet effet il est usuel de munir les composants électroniques de moyens de refroidissement. Cependant une nouvelle technique d'emploi de puces électroniques c'est fait jour, et consiste à placer la face active de la puce directement en contact avec un substrat électronique, qui les alimente en énergie et transmet les signaux émis. Cette nouvelle technique est appelée flip chip ou puce inverse . De ce fait les calories générées par ces puces sont transmises de manière préférentielle au substrat avec lequel elles sont en contact. Ainsi même si l'on muni la face inactive de telles puces de moyens de refroidissement les calories s'évacuent préférentiellement par la face active. De ce fait le substrat associé à la puce électronique est soumis à des températures exagérées. Le but de la présente invention est de refroidir correctement une puce connectée selon la méthode dite de puce inverse , sans augmenter l'encombrement des moyens de refroidissement situés sur sa face inactive. A cet effet la présente invention concerne un procédé de dissipation de la chaleur émise par une puce électronique, une face active de la dite puce étant solidaire d'une première face d'un substrat présentant une pluralité de premières pistes électriques, le dit substrat étant traversé par une pluralité de trous métallisés reliant la pluralité de première pistes à au moins une pluralité de seconde pistes électriques réalisées sur sa deuxième face, la deuxième face du dit substrat étant recouverte par une couche protectrice en matériau électriquement isolant, le procédé selon l'invention étant caractérisé en ce qu'il consiste à: - réaliser dans le substrat une pluralité de perçages traversant au moins la couche protectrice, certains de ces perçages se prolongeant jusqu'à la face active de la puce et formant des puits thermiques, d'autres perçages se prolongeant au moins, jusqu'à la première ou la seconde pluralité de pistes, - déposer un métal conducteur dans chacun des perçages, de telle sorte que ce métal affleure à la seconde face du substrat et, - solidariser la seconde face du substrat à une semelle thermique, en matériau thermoconducteur, la dite semelle étant recouverte, au moins sur sa surface en contact avec la seconde face du substrat, d'un matériau électriquement isolant, de telle sorte que les calories émises par la puce électronique lors de son fonctionnement soient dissipées par la semelle thermique, via les puits thermiques. En réalisant ainsi des liens thermiques directs entre la face active de la puce et la semelle thermique, les calories générées par la puce sont évacuées préférentiellement et rapidement vers le milieu externe. Ces liens thermiques sont réalisés sous la forme de puits thermique, constitués par de simples perçages dans lesquels un métal a été déposé. Avantageusement des perçages métallisés relient également la première pluralité de pistes électriques et la semelle thermique, ainsi que la seconde pluralité de pistes et la semelle. En conséquence les calories présentent au niveau respectivement de la première, et de la seconde pluralité de pistes sont drainées vers la semelle thermique. II en résulte un meilleur refroidissement de la puce et du substrat qui lui est associé. Avantageusement la semelle thermique peut être prolongée en dehors du boîtier électronique renfermant les composants électroniques et leur substrat d'interconnexion. De ce fait la semelle peut être refroidie directement par l'air ambiant, ce qui améliore encore le refroidissement des composants électroniques. La présente invention permet donc d'utiliser la technique dite de puce inverse pour des puces de faible et de forte puissance, alors qu'auparavant les puces de forte puissance n'étaient pas suffisamment refroidies et ne pouvaient pas être utilisées selon cette technique. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description qui suit, à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique montrant une puce associée à un substrat de type connu, - la figure 2 est une vue schématique semblable à la figure 1, montrant une puce associée à un substrat et à une semelle thermique selon l'invention, et - la figure 3 est une vue schématique montrant un boîtier électronique comportant des puces électroniques refroidies par le procédé selon l'invention. Selon la forme de réalisation représentée aux figures 1 à 3 une puce électronique 10 est associée à un substrat 11 de type connu. La fonction de ce substrat dit d'interconnexion est d'alimenter en énergie la puce et de transmettre les signaux émis par la puce, vers d'autres composants électroniques, pour traitement. Dans l'exemple représenté à la figure 1, le substrat utilisé est un circuit double face à trous métallisés. Ce substrat pourrait, cependant, présenter plus de deux couches sans que cela ne sorte du domaine de l'invention. Selon la technique dite de flip chip c'est directement la face active 10a de la puce qui est en contact avec une première face Il a du substrat. Plus exactement, comme le montre la figure 1, une colle conductrice 12 de type connu, solidarise la couche protectrice 16 recouvrant la face active 1 0a de la puce et la première face Il a du substrat. Ce substrat présente, une première pluralité de pistes 13 et une seconde pluralité de pistes 14, reliées entre elles par des trous métallisés 15. La première pluralité de pistes est réalisée sur la première face 11a du substrat et la seconde pluralité de pistes est réalisée sur la seconde face îîb du substrat. La seconde face du substrat 11 b est recouverte, tout comme la face active 10a de la puce, par une couche protectrice 16. La seconde face Il b du substrat est rendue solidaire, par exemple par collage, avec une semelle thermique 17 réalisée en un matériau thermoconducteur. Au moins la partie de cette semelle, en contact avec la seconde face 11b du substrat est protégée par une couche 18 de matériau électriquement isolant. Dans l'exemple représenté c'est la totalité de la périphérie de la semelle qui est ainsi recouverte par un matériau 18 électriquement isolant. Comme le montre la figure 2, le procédé selon l'invention consiste dans sa première étape et avant solidarisation de la semelle thermique à la seconde face du substrat, à: - percer la couche protectrice 16 recouvrant la seconde face Il b du substrat et le substrat 11 lui même, jusqu'à atteindre soit la face active 10a de la puce, la première pluralité de pistes 13, ou la seconde pluralité de pistes 14. De tels perçages sont faciles à réaliser, par exemple à l'aide d'un outil laser. En effet dés que cet outil de perçage rencontre une surface métallique, il arrête de percer. Ainsi de manière complètement automatique et en fonction de l'endroit où l'outil effectue son perçage, il atteint soit la face active 10a de la puce, soit la première pluralité de pistes 13 soit la seconde pluralité de pistes 14. Lorsque ces perçages sont réalisés la seconde étape du procédé selon l'invention consiste à: - déposer un métal conducteur électrique et thermique dans les perçages réalisés. On réalise ainsi des perçages métallisés 20, 21 et 22 entre la seconde face Il b du substrat et, respectivement la seconde pluralité de pistes 14, la première pluralité de pistes 13 et la face active 10a de la puce. Les perçages métallisés réalisés entre la face active 1 0a de la puce et la seconde face du substrat sont appelés puits thermiques 22. Ces puits thermiques permettent d'évacuer directement et rapidement les calories générées par la puce 10, vers l'extérieur du substrat 11. On réduit ainsi la température au voisinage immédiat de la puce électronique. La troisième étape du procédé selon l'invention consiste à: - solidariser la semelle thermique 17 avec la seconde face Ilb du substrat de telle sorte que le métal déposé dans les perçages 20, 21, 22 affleure la seconde surface du substrat et contacte la couche isolante 18 de la semelle 17. On notera que la face inactive lOb de la puce est également munie de moyens de refroidissement 23. Ces moyens de refroidissement sont, de type connu, et ne seront pas détaillés ici. Comme le montre la figure 3, des puces électroniques 10 munies d'un substrat d'interconnexion 11 tel que décrit ci dessus, sont associées à une semelle thermique 17. Un boîtier électronique 25 réalisé par exemple en aluminium est adapté pour loger dans des évidements 26 ces puces 10. Le boîtier comporte en outre une partie 27 se refermant autour de la semelle thermique. La semelle thermique est, ainsi, pincée entre deux parties (25, 27) du boîtier et se prolonge à l'extérieur de ce boîtier. La partie de la semelle se prolongeant à l'extérieur du boîtier peut éventuellement être munie de moyens de refroidissement 24. On notera que l'électronique ainsi contenue dans le boîtier électronique est facilement refroidie grâce au prolongement de la semelle à l'extérieur du boîtier. Le boîtier électronique 25 représenté à la figure 3, n'est qu'un simple exemple de réalisation et un grand nombre de variantes de formes et de matériaux peuvent être envisagés sans sortir du domaine de l'invention. L'important ici est que la semelle 17 puisse se prolonger à l'extérieur du boîtier de manière à être en contact avec l'air ambiant. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation représenté, mais englobe toute variante à la portée de l'homme de l'art. Ainsi, le circuit d'interconnexion 11 utilisé peut comporter plus ou moins de deux pluralité de pistes conductrices. De même, la forme de la semelle thermique peut être adaptée à celle du boîtier dans lequel elle est mise en place et ne pas être d'épaisseur constante, comme cela a été représenté sur les dessins, dans un souci de simplification. REVENDICATIONS 1] Procédé de dissipation de la chaleur émise par une puce électronique (10), une face active (10a) de la dite puce étant solidaire d'une première face (11a) d'un substrat (11) présentant une pluralité de premières pistes électriques (13), le dit substrat (11) étant traversé par une pluralité de trous métallisés (15) reliant la pluralité de première pistes (13) à au moins une pluralité de seconde pistes (14) électriques réalisées sur sa deuxième face (11 b), la deuxième face du dit substrat étant recouverte par une couche protectrice (16) en matériau électriquement isolant, le procédé selon l'invention étant caractérisé en ce qu'il consiste à: - réaliser dans le substrat (11) une pluralité de perçages (20, 21, 22) traversant au moins la couche protectrice (16), certains de ces perçages se prolongeant jusqu'à la face active (10a) de la puce et formant des puits thermiques (22), d'autres perçages (20,21) se prolongeant au moins, jusqu'à la première (13) ou la seconde (14) pluralité de pistes, - déposer un métal conducteur dans chacun des perçages (20, 21, 22), de telle sorte que ce métal affleure à la seconde face (1 lob) du substrat et, - solidariser la seconde face (11 b) du substrat à une semelle thermique (17), en matériau thermoconducteur, la dite semelle étant recouverte, au moins sur sa surface en contact avec la seconde face du substrat, d'un matériau électriquement isolant (18), de telle sorte que les calories émises par la puce électronique (10) lors de son fonctionnement soient dissipées par la semelle thermique (17), via les puits thermiques (22). 2] Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chaleur présente sur les première (13) et seconde (14) pluralités de pistes thermiques est évacuée par la semelle thermique (17) via les perçages métallisés (20, 21) en contact respectivement avec la première et la seconde pluralité de pistes thermiques. 3] Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la métallisation des trous métallisés (15), des perçages (20, 21) et des puits thermiques (22) est réalisée à l'aide d'un même matériau conducteur électrique et thermique. 4] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le substrat (11) comporte plus de deux pluralités de pistes reliées entres elles par des trous métallisés. 5] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la face inactive (lOb) de la puce est également munie de moyens de dissipation de la chaleur (23). 6] Puce électronique munie d'un substrat de dissipation de la chaleur réalisé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, la dite puce (10) étant caractérisée en ce que sa face active (10a) est solidarisée à une première face (lita) d'un substrat et en ce que la seconde face (1 lb) du substrat est solidaire d'une semelle thermique (17) adaptée pour dissiper la chaleur générée par la puce lors de son fonctionnement, par l'intermédiaire de puits thermiques (22) métallisés reliant la face active (10a) de la puce et la semelle thermique (17). 7] Puce électronique selon la revendication 6, caractérisée en ce que le substrat est un circuit électrique double face à trous métallisés. 8] Puce électronique selon la revendication 6, caractérisée en ce que le substrat comporte plus de deux pluralités de pistes électriques reliées entres elles par des trous métallisés.