Brevet FR2933968A1 — publié le 20100122

Dispositif électronique comportant des composants électroniques et au moins une interface à base de nanotubes et procédé de fabrication Le domaine de l'invention est celui des composants électroniques et notamment celui des composants pouvant être rapportés sur un support ou dans un boitier d'encapsulation et pouvant être des capteurs de type gyromètres ou accéléromètres destinés à pouvoir être embarqués dans des engins ou des munitions et susceptibles d'être soumis à de très fortes contraintes tant thermiques que mécaniques. Généralement, de tels composants sont reportés sur un substrat par l'intermédiaire d'une cale sur laquelle ces composants sont collés. Ils peuvent également être reportés par brasure directe sur le substrat ou sur le boîtier d'encapsulation. Ces éléments d'interface comportent le plus souvent des limitations en terme de vibrations, d'expansion thermique ou bien encore en terme de résistances aux chocs. De plus ils ont tendance à introduire des biais qui génèrent des dérives au niveau des composants de type capteurs représentant par la même un problème en terme de fiabilité. Dans ce contexte, la présente invention a pour objet un dispositif permettant de reporter ces composants en limitant les contraintes d'origine mécanique ou thermique, dans lequel les composants électroniques sont rapportés à un support par l'intermédiaire de nanotubes de carbone ou de structures à base de nanotubes de carbone, dont on peut exploiter les performances aussi bien en terme d'excellente résistance mécanique qu'en terme de très bonne conductivité thermique et électrique. Plus précisément l'invention a pour objet un dispositif électronique comportant au moins un composant reporté sur un support caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins une interface mécanique ou électromécanique à base de nanotubes assurant la liaison entre ledit composant et le support. Selon une variante de l'invention, les nanotubes sont des nanotubes de carbone. Selon une variante de l'invention, l'interface est constituée d'un film 35 de nanotubes. Selon une variante de l'invention, l'interface est composée de structures discrètes à base de nanotubes (par exemple des fils de type bonding, lamelles,...). Selon une variante de l'invention, l'interface assure également la 5 liaison électrique entre le composant et son support. Selon une variante de l'invention, l'interface assure également la liaison thermique entre le composant et son support. Selon une variante de l'invention, le support est intégré dans un boîtier. 10 Selon une variante de l'invention, l'interface est constituée d'une couche de nanotubes orientés. Selon une variante de l'invention, le dispositif comprend en outre des éléments de colle permettant d'assurer la liaison de l'interface à base de nanotubes avec le support, ladite interface étant à la surface du composant. 15 Selon une variante de l'invention, le dispositif comprend en outre des éléments de brasage permettant d'assurer la liaison de l'interface à base de nanotubes avec le support, ladite interface étant à la surface du composant. Selon une variante de l'invention, les éléments de colle sont à base de matériau organique adhésif conducteur couramment dénommé en langue 20 anglo-saxonne � ACAs �.. Selon une variante de l'invention, le boîtier comprenant en outre des contacts électriques permettant d'adresser électriquement ledit composant, l'interface à base de nanotubes assure une fonction d'interface mécanique et électrique. 25 Selon une variante de l'invention, le support comprenant en outre des contacts électriques permettant d'adresser électriquement ledit composant, le dispositif comporte en outre une seconde interface assurant le contact électrique entre le composant électrique et lesdits contacts électriques. 30 Selon une variante de l'invention, le boîtier comprend un substrat de fond, des murs latéraux et un support secondaire, le composant électronique étant rapporté mécaniquement via l'interface à base de nanotubes au niveau dudit support secondaire. Selon une variante de l'invention, le support secondaire est un circuit 35 imprimé. Selon une variante de l'invention, le composant électronique est de type MEMS (acronyme pour Micro Electro Mechanical Systems). Selon une variante de l'invention, le composant électronique est un capteur inertiel. Selon une variante de l'invention le composant électronique est un accéléromètre. Selon une variante de l'invention le composant électronique est un gyromètre. L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un dispositif 10 selon l'invention comportant les étapes suivantes : - la réalisation d'une interface à base de nanotubes à la surface d'un composant électronique ; - le report côté interface de nanotubes, du composant électronique sur un substrat. 15 Avantageusement, le report peut être effectué par collage via une colle pouvant être notamment de type colle à base de polymère renfermant des particules conductrices. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : - les figures 1 a et 1 b schématisent une première variante de l'invention, dans laquelle l'interface à base de nanotubes assure une fonction mécanique ; - la figure 2 schématise une variante de l'invention comportant un support intermédiaire de report ; - les figures 3a et 3b schématisent une variante de l'invention, dans laquelle l'interface à base de nanotubes assure une liaison mécanique et une liaison électrique ; - la figure 4 illustre les étapes d'un procédé de collage par polymère chargé de particules conductrices pouvant avantageusement être utilisé dans un procédé de fabrication d'un dispositif selon l'invention ; - les figures 5a et 5b illustrent un exemple de dispositif selon l'invention comprenant un boîtier comportant des composants de type MEMS. Les avantages des nanotubes et plus particulièrement des nanotubes de carbone dénommés ci-après à partir de la terminologie anglo-saxonne : Carbon Nanotubes, � CNT � résident notamment dans les propriétés suivantes qu'ils possèdent : un module d'Young de l'ordre de 1 TPa ; une très forte résistance mécanique de l'ordre de 100 GPa ; une très bonne conductivité électrique. Différentes variantes de l'invention vont être décrites à l'aide de schémas simplifiés qui représentent les interfaces à base de nanotubes. Ces interfaces peuvent être obtenues par croissance de nanotubes à la surface d'un composant selon des techniques de l'art connu ou par report via des techniques de brasage ou de collage. Elles peuvent également être réalisées à partir de solutions dans lesquelles sont dispersées des nanotubes, ces solutions pouvant être enduites à la surface du composant avant que le report de ce dernier au niveau d'un substrat soit effectué. Plus précisément, on procède à l'enduction du substrat par une solution renfermant des nanotubes de carbone. Cette opération est réalisée à température ambiante, contrairement aux opérations de croissance de nanotubes effectuée à température plus élevée. Il s'agit donc d'une opération non agressive qui permet de plus une très bonne répartition des éléments assurant la conduction thermique à la surface de tous les composants électroniques. Typiquement pour réaliser la solution de nanotubes, on peut utiliser des solvants de type DiMéthyl-Méthyl-Formamide (DMF) ou DiChlore-Ethane (DCE) ou N-Méthyl-2-pyrrolidone (NMP) ou DiChloro-Benzene (DCB) ou Eau+ Dodécylsulfate de sodium (SDS). La méthode utilisée pour obtenir une dispersion optimale peut être la suivante : l'ajout d'environ l mg de nanotubes de carbone dans 20 ml de solvant (ces valeurs sont purement indicatives et par conséquence les quantités sont modulées et optimisées pour obtenir la conductivité thermique souhaitée). l'emploi d'un appareil qui envoie des ultra-sons appelé sonificateur par intermittence pour � sonifier � ladite solution. En effet les ultra-sons aident à désolidariser les cordes de nanotubes qui ont tendance à se former en raison de forces de Van Der Walls. la centrifugation de la solution au sein d'un récipient de manière à retenir en fond de récipient toutes les cordes non-désolidarisées lors de la sonification, et les autres formes d'impuretés, par exemple des résidus des catalyseurs métalliques. La solution ainsi obtenue peut alors être déposée de manière classique à la surface du substrat comportant les composants électroniques. Typiquement on peut procéder à l'enduction d'une solution par pulvérisation avec un spray de solution ou avec des microgouttes ou avec une machine à jet d'encre. Après évaporation du solvant, on obtient un tapis de nanotubes répartis de manière aléatoire. Afin d'améliorer les propriétés de conductivité thermique du tapis de nanotubes de carbone formés à la surface des composants électroniques, on peut également employer des techniques permettant de faire de l'enduction dirigée. Pour cela on peut avoir recours à des techniques telles que l'électrophorèse, l'utilisation d'un champ magnétique, le dépôt puis séchage sous flux de gaz dirigé,.... Selon la présente invention, il est ainsi proposer d'utiliser une interface à base de ce type de nano-matériaux pour permettre d'obtenir un composant avec moins de contraintes thermiques et susceptible de recevoir des signaux nécessaires à sa commande, de très bonne qualité. Selon une première variante de l'invention illustrée en figure la, un composant électronique 11 est reporté sur un substrat 10 pouvant faire partie intégrante d'un boîtier, par l'intermédiaire d'une interface de nanotubes 12, assurant une fonction de report mécanique. L'adressage électrique du composant est réalisé par l'intermédiaire d'éléments conducteurs classiques 13 connectés par ailleurs à des plots de connexion 14 dont est équipé le boîtier. Un alternative à cette variante est illustrée en figure 1 b, les plots de connexion 14 sont situés au niveau du fond du boîtier, soit au niveau du substrat. Selon une seconde variante de l'invention illustrée en figure 2, le dispositif peut être équipé d'un support secondaire 15, auquel est rapporté mécaniquement le composant électronique 11, l'interface mécanique constituée par les nanotubes est ainsi réalisée entre ledit support intermédiaire et le composant. Le boîtier comporte dans ce cas un plan intermédiaire au niveau duquel est positionné le support intermédiaire. Les précédentes variantes de l'invention exploitent les très bonnes propriétés mécaniques des nanotubes, il est également possible d'exploiter simultanément leurs propriétés électriques. La variante illustrée en figure 3a est ainsi relative à un dispositif utilisant des nanotubes assurant à la fois la fonction de report mécanique et de liaison électrique. Selon cette variante, le composant 11 est relié mécaniquement et électriquement au boîtier intégrant un substrat 10, via une interface 123 de nanotubes. La variante illustrée en figure 3b est relative à une configuration utilisant un support intermédiaire 15 de type circuit imprimé. Avantageusement, le composant électronique sur lequel est au préalable réalisée l'interface de nanotubes, peut-être mis en contact avec un substrat par l'intermédiaire d'une colle conductrice telle qu'une colle de type ACAs. Pour assurer cette liaison, on procède dans une première étape 4a à l'enduction d'une solution de monomère renfermant des particules conductrices à la surface du substrat, comme illustré en figure 4. Dans une seconde étape 4b, on procède à la polymérisation du monomère par application d'une pression ou par élévation de température, de manière à réaliser la couche de colle conductrice à base de polymère renfermant des particules conductrice. Il est à noter que le report d'un composant électronique au niveau du boîtier peut nécessiter un report sur une surface dudit composant présentant différents niveaux. Il convient pour cela de réaliser une interface présentant des nanotubes de longueur variable. La présente invention a été décrite de manière très schématisée dans le cadre d'un composant reporté dans un boîtier. De manière usuelle, le boîtier employé renferme une série de composants Coi en fond de boîtier avec un réseau de connexions Ri comme illustré en figure 5a. La figure 5b est relative à une vue en coupe d'un des composants Coi. Avantageusement et selon l'invention, le composant comporte une interface à base de nanotubes, reporté sur le fond de boîtier à l'aide d'une colle conductrice telle que celle dont le procédé d'élaboration est représenté en figure 4. Ainsi à la surface d'un substrat S, équipé de contacts Ci appartenant au réseau de connexions Ri, est assuré un report mécanique et électrique d'un composant Coi monté sur une puce Pi. L'interface de nanotubes CTN est relié audit substrat par l'intermédiaire d'un polymère P comportant des particules conductrices pc. De manière générale, les composants employés peuvent être à base de silicium ou de tout autre matériaux semi-conducteurs. Les boîtiers employés peuvent être de nature très diverse et notamment de type silice, céramique , .... REVENDICATIONS1. Dispositif électronique comportant un support (10) et au moins un composant (11) reporté sur ledit support caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins une interface mécanique à base de nanotubes (12) assurant la liaison entre ledit composant et le support. 2. Dispositif électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les nanotubes sont des nanotubes de carbone. 3. Dispositif électronique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le support comprenant en outre des contacts électriques permettant d'adresser électriquement ledit composant, l'interface à base de nanotubes assure une fonction d'interface mécanique et électrique. 4. Dispositif électronique et thermique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le support comprenant en outre des contacts électriques permettant d'adresser électriquement ledit composant, l'interface à base de nanotubes assure une fonction d'interface mécanique et électrique et thermique. 5. Dispositif électronique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le support est intégré dans un boîtier. 6. Dispositif électronique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'interface est constituée d'un film de nanotubes. 7. Dispositif électronique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'interface est constituée d'une couche de nanotubes orientés. 8. Dispositif électronique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des éléments de colle permettant d'assurer la liaison de l'interface avec le composant et avec le support. 9. Dispositif électronique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des éléments de brasage permettant d'assurer la liaison de l'interface avec le composant et avec le support. 10. Dispositif électronique selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la colle est de type polymère à base de particules conductrices (ACAs). 11. Dispositif électronique selon l'une des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que le boîtier comprenant en outre des contacts électriques permettant d'adresser électriquement ledit composant, l'interface à base de nanotubes assure une fonction d'interface mécanique et électrique. 12. Dispositif électronique selon l'une des revendications 5 à 11, caractérisé en ce que le boîtier comprend un substrat de fond correspondant audit support, des murs latéraux et un support secondaire, le composant électronique étant rapporté mécaniquement via l'interface à base de nanotubes au niveau dudit support secondaire. 13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le composant électronique est de type micro-système mécanique (MEMS). 14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le composant électronique est de type capteur inertiel. 15. Procédé de fabrication d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - la réalisation d'une interface à base de nanotubes à la surface d'un composant électronique ;- le report côté interface de nanotubes, du composant électronique sur un support. 16. Procédé de fabrication selon la revendication 15, caractérisé en ce que le report est effectué par collage. 17. Procédé de fabrication selon la revendication 16, caractérisé en ce que la colle est à base de polymère renfermant des particules conductrices.