Brevet FR2964790A1 — publié le 20120316

GRB 10-2928FR 1 Composant et dispositif semi-conducteur munis de moyens de dissipation de chaleur La présente invention concerne le domaine des dispositifs semi-conducteurs. Dans les dispositifs semi-conducteurs connus comprenant des composants munis de puces de circuits intégrés et empilés à distance par l'intermédiaire de billes de connexion électrique, il existe une difficulté en ce qui concerne la dissipation de la chaleur notamment lorsque les dispositifs comprennent un premier composant incluant une première puce génératrice de chaleur et un second composant incluant une seconde puce qui peut aussi être génératrice de chaleur et que le premier composant est monté sur une plaque de circuit imprimé. La chaleur produite est en effet essentiellement évacuée vers la plaque de circuit imprimé par l'intermédiaire des billes de connexion électrique du premier composant sur cette plaque. Il est tout d'abord proposé un composant semi-conducteur qui comprend une plaquette comprenant au moins une puce de circuits intégrés présentant une face avant de connexion électrique et une face arrière et un bloc d'encapsulation dans lequel la puce de circuits intégrés est noyée périphériquement, de telle sorte que les faces avant et arrière de la puce et du bloc d'encapsulation forment respectivement les faces avant et arrière de la plaquette, et qui comprend un réseau avant de connexion électrique et un réseau arrière de connexion électrique reliés par des vias de connexion électrique s'étendant au travers dudit bloc d'encapsulation. Il est proposé que le composant comprenne une couche de transfert thermique couvrant au moins partiellement la face arrière de la puce, cette couche de transfert thermique étant destinée à une dissipation de la chaleur par l'arrière du composant Le composant peut comprendre des éléments arrière de connexion dont certains sont placés sur la couche de transfert thermique et d'autres sont reliés au réseau arrière de connexion électrique. Le composant peut comprendre des éléments avant de connexion dont certains sont reliés au réseau avant de connexion électrique et d'autres, non reliés à ce réseau, sont placés en avant de la puce. Le réseau arrière de connexion électrique et la couche de transfert thermique peuvent s'étendre dans le même niveau métallique. I1 est également proposé un dispositif semi-conducteur, qui comprend un premier composant et un second composant situé à l'arrière et à distance du premier composant. Le premier composant peut comprendre une plaquette comprenant au moins une puce de circuits intégrés présentant une face avant de connexion électrique et une face arrière et un bloc d'encapsulation dans lequel la puce de circuits intégrés est noyée périphériquement, de telle sorte que les faces avant et arrière de la puce et du bloc d'encapsulation forment les faces avant et arrière de la plaquette, le premier composant comprenant une couche métallique de transfert thermique couvrant au moins partiellement la face arrière de la puce. Une pluralité d'éléments de connexion peuvent être interposés entre le premier composant et le second composant, dont des premiers éléments de connexion thermique en contact avec la couche métallique de transfert thermique du premier composant et des seconds éléments de connexion électrique entre les composants. Le premier composant peut comprendre un réseau avant de connexion électrique et un réseau arrière de connexion électrique reliés par des vias de connexion s'étendant au travers du bloc d'encapsulation du premier composant et dans lequel le second composant comprend un réseau avant de connexion électrique relié au réseau arrière de connexion électrique du premier composant par l'intermédiaire desdits seconds éléments de connexion. Le second composant peut comprendre au moins une puce de circuits intégrés et des vias de connexion thermique entre les premiers éléments de connexion thermique et cette puce. Le second composant peut comprendre au moins une puce de circuits intégrés dont une face arrière est au moins partiellement recouverte d'une couche arrière métallique. Le second composant peut être équipé d'un bloc thermique externe en une mousse conductrice thermique s'étendant au moins partiellement sur ladite couche arrière métallique. Le bloc thermique externe peut s'étendre sur la face arrière du second composant et peut présenter une partie qui s'étend latéralement à ce second composant. La partie latérale du bloc thermique externe peut recouvrir au moins partiellement une partie périphérique de la face arrière du premier composant. Ladite partie périphérique peut comprendre des portions métalliques du réseau avant de connexion électrique et/ou d'extensions latérales de la couche de transfert thermique du premier composant. I1 est également proposé un téléphone qui comprend un composant semi-conducteur ci-dessus ou un dispositif semi-conducteur ci-dessus, dans lequel ladite couche de transfert thermique (23) peut être reliée thermiquement à une paroi de ce téléphone par l'intermédiaire d'un bloc thermique en une mousse conductrice thermique. Des dispositifs semi-conducteurs vont maintenant être décrits à titre d'exemples non limitatifs, illustrés par le dessin sur lequel : - la figure 1 représente une coupe d'un dispositif semi-conducteur ; - et la figure 2 représente, en coupe, une variante de réalisation du dispositif semi-conducteur de la figure 1. En se reportant à la figure 1 on voit qu'un dispositif semi-conducteur 1 comprend un premier composant 2 et un second composant 3 placés l'un au-dessus de l'autre, entre lesquels est placée une pluralité d'éléments métalliques de connexion 4, par exemple en forme de billes métalliques, distants les uns des autres, le second composant 3 étant situé à l'arrière et à distance du premier composant 2. Le premier composant 2 comprend une plaquette 5, reconstituée, qui comprend une puce de circuits intégrés 6 et un bloc d'encapsulation diélectrique 7 s'étendant autour de la puce 6 et dans lequel la puce 5 est noyée périphériquement, de telle sorte qu'une face avant 8 de la puce 6, pourvue de plots de connexion électrique 9, et une face avant 10 du bloc d'encapsulation 7 forment une face avant 11 de la plaquette 5 et qu'une face arrière 12 de la puce 6 et une face arrière 13 du bloc d'encapsulation 7 forment une face arrière 14 de la plaquette 5, les faces avant et arrière 8 et 12 de la puce 6 n'étant en conséquence pas couvertes par le bloc d'encapsulation 7. Autour et à distance de la puce 5, le bloc d'encapsulation 7 présente des trous traversants 15 remplis d'une matière métallique formant des vias 16 de connexion électrique d'une face à l'autre. Sur les faces avant et arrière 11 et 14 de la plaquette 5 sont formées des couches diélectriques avant et arrière 17 et 18. La couche arrière 18 présente une grande ouverture 19 découvrant au moins en partie la face arrière 12 de la puce 6. Selon un niveau métallique arrière réalisé sur la couche diélectrique avant 17 est formé un réseau avant de connexion électrique 20 dont les parties sont sélectivement reliées, au travers la couche diélectrique avant 17, aux plots de connexion électrique 9 de la puce 6 et aux vias de connexion électrique 16. La couche diélectrique avant 17 et le réseau de connexion électrique 19 sont recouverts d'une couche diélectrique 21 traversée par des éléments métalliques 22, par exemple des billes, en vue d'une connexion électrique extérieure du dispositif 1 par exemple à une plaque de circuit imprimé (non représentée). Selon un niveau métallique réalisé sur la couche diélectrique arrière 18 sont formés une couche métallique de transfert thermique 23 qui recouvre la partie arrière découverte 6a de la puce 6 et, à la périphérie et à distance de cette couche métallique 23, un réseau arrière de connexion électrique 24 dont les parties sont sélectivement reliées, au travers de la couche diélectrique arrière 18, aux vias de connexion électrique 16. La couche diélectrique arrière 18, la couche métallique 23 et le réseau arrière de connexion électrique 24 sont recouverts d'une couche diélectrique 25 traversée par les éléments métalliques 4, dont des éléments métalliques 4a placés sur la couche métallique 23 et des éléments métalliques 4b sélectivement reliés au réseau arrière de connexion électrique 24. Le second composant 3 comprend, empilées, une plaque support 26 présentant une face avant 27 en vis-à-vis et à distance de la face externe de la couche 25 du premier composant 2, une première puce de circuits intégrés 28 fixée sur une face arrière 29 de la plaque support 26 par l'intermédiaire d'une couche de colle 30, une seconde puce de circuits intégrés 31 fixée sur la première puce 28 par l'intermédiaire d'une couche de colle 32. La première puce 28 couvre la partie centrale de la surface de la plaque support 26 et la seconde puce 31 couvre la partie centrale de la surface de la première puce 28. Les couches de colle 30 et 32 sont en une matière thermique, apte à transmettre la chaleur. Dans sa partie centrale située au-dessous de la première puce 28, la plaque support 26 présente des trous traversants 33 remplis d'une matière métallique de façon à former des vias thermiques 34 allant d'une face à l'autre, les éléments de connexion 4a étant reliés aux faces avant des vias thermiques 34, aptes à transmettre la chaleur. Dans sa partie périphérique, la plaque support 26 comprend un réseau avant de connexion électrique 35 d'une face à l'autre, ce réseau 35 étant sélectivement relié, par des plots aménagés sur la face avant 27 de la plaque support 26, aux éléments de connexion 4b. Entre des plots aménagés sur la face arrière de la première puce 28, autour et à distance de la périphérie de la seconde puce 31, et des plots du réseau de connexion électrique 35 aménagés sur la face arrière de la plaque support 26, autour et à distance de la périphérie de la première puce 28, sont prévus des fils de connexion électrique 36. Entre des plots aménagés sur la face arrière de la seconde puce 31 et des plots du réseau de connexion électrique 35 aménagés sur la face arrière 29 de la plaque support 26, autour et à distance de la périphérie de la première puce 28, sont prévus des fils de connexion électrique 37. Le second composant 3 comprend en outre un bloc d'encapsulation diélectrique 38 formé sur la face arrière 29 de la plaque support 26, dans lequel les première et seconde puces 28 et 31 et les fils de connexion électrique 36 et 37 sont noyés, le bloc d'encapsulation 38 étant de forme parallélépipédique. Ainsi, les première et seconde puces 28 et 31 peuvent être sélectivement reliées à la puce 6 du premier composant 2 et/ou aux éléments de connexion électrique extérieure 22. Le bloc d'encapsulation 38 du second composant 3 présente une ouverture 39 aménagée au-dessus d'une partie centrale 40 de la face arrière de la seconde puce 31, à l'intérieur de la zone des plots reliés aux fils de connexion électrique 37. Le second composant 3 comprend en outre une couche thermique 41, par exemple métallique, qui recouvre la partie centrale 40 de la face arrière de la seconde puce 31, les flancs de l'ouverture 39 du bloc d'encapsulation 38 et au moins en partie la face arrière 42 du bloc d'encapsulation, autour de l'ouverture 39. Le second composant 3 comprend également un bloc thermique externe 43 qui recouvre au moins en partie la couche thermique 41 et la face arrière 42 du bloc d'encapsulation 38, le bloc thermique externe 43 étant formé par exemple par une mousse thermique apte à transmettre la chaleur. Selon l'exemple représenté sur la figure 1, le bloc thermique externe 43 recouvre complètement la couche thermique 41 et la face arrière 42 du bloc d'encapsulation 38 et s'étend en outre contre la partie supérieure des côtés latéraux du bloc d'encapsulation 38. Selon un exemple de configuration, la puce 6 du premier composant 2 peut être génératrice de chaleur lorsqu'elle est en fonctionnement, tandis que les puces 28 et 31 du second composant 3 ne sont pas ou sont peu génératrices de chaleur lorsqu'elles sont en fonctionnement. Néanmoins, l'une des puces 28 et 31 ou les deux pourraient aussi être génératrices de chaleur. I1 résulte de ce qui précède que la chaleur produite par la puce 6 du premier composant 2 peut être évacuée d'une part par les éléments avant de connexion 22 et d'autre part par l'intermédiaire du second composant 3, les composants 2 et 3 étant équipés à cet effet des moyens spécifiques décrits plus haut. En plus des éléments de connexion 22, des éléments de connexion 22a, non connectés au réseau de connexion 20, peuvent être ajoutés au travers de la couche avant 21 du premier composant 2, dans la zone de la puce 6, pour augmenter la quantité de chaleur pouvant être évacuée. La chaleur émise par la puce 6 du premier composant 2 peut être transmise au second composant par l'intermédiaire de la pluralité d'éléments de connexion 4 et plus particulièrement par les éléments de connexion 4a placés sur la couche métallique 23 étendue sur la puce 6. Dans le second composant 3, la chaleur issue du premier composant 2, notamment par l'intermédiaire des éléments de connexion 4, se diffuse dans le composant 3, principalement, au travers de la plaque support 26 notamment par l'intermédiaire des vias thermiques 34 et du réseau de connexion 20 du premier composant 2, puis dans les puces 28 et 31 et au travers de ces dernières, puis par la couche métallique 41 étendue sur la seconde puce 31, pour être dissipée dans l'air ambiant par l'intermédiaire du bloc thermique arrière 43 et/ou pour être transférée à une paroi interne ou externe d'un boîtier (non représenté), par exemple une carcasse d'un téléphone portable, qui serait en contact avec une face externe du bloc thermique arrière 43. Les autres parties du second composant 3 peuvent aussi contribuer à cette diffusion thermique. En se reportant à la figure 2, on peut voir que le second composant 3 ne recouvre pas le premier composant 2 et que le bloc thermique 43 présente des flancs 43a qui s'étendent contre les côtés latéraux du bloc d'encapsulation 38 et se prolongent de façon à présenter des faces d'extrémité 44 en contact avec le premier composant 2, à la périphérie du second composant 3. Selon l'exemple représenté, la couche 25 présente une ou plusieurs ouvertures 45 dans lesquelles pénètrent les extrémités des flancs 43a pour que les faces d'extrémité 44 soient en contact sur des portions métalliques 46 du réseau de connexion 20 et/ou d'extensions latérales de la couche de transfert thermique 23 du premier composant 2. Ainsi, les flancs 43a du bloc thermique 43 contribuent à une dissipation directe de la chaleur produite par la puce 6. La présente invention ne se limite pas aux exemples ci-dessus décrits. Bien d'autres variantes de réalisation sont possibles, sans sortir du cadre défini par les revendications annexées. REVENDICATIONS1. Composant semi-conducteur, comprenant : une plaquette (5) comprenant au moins une puce de circuits intégrés (6) présentant une face avant de connexion électrique (8) et une face arrière (6a) et un bloc d'encapsulation (7) dans lequel la puce de circuits intégrés est noyée périphériquement, de telle sorte que les faces avant et arrière de la puce et du bloc d'encapsulation forment respectivement les faces avant et arrière de la plaquette ; un réseau avant de connexion électrique (20) et un réseau arrière de connexion électrique (24) reliés par des vias de connexion électrique (16) s'étendant au travers dudit bloc d'encapsulation (7) ; et une couche de transfert thermique (23) couvrant au moins partiellement la face arrière de la puce. 2. Composant selon la revendication 1, comprenant des éléments arrière de connexion (4) dont certains (4a) sont placés sur la couche de transfert thermique (23) et d'autres (4b) sont reliés au réseau arrière de connexion électrique (24). 3. Composant selon l'une des revendications 1 et 2, comprenant des éléments avant de connexion dont certains (22) sont reliés au réseau avant de connexion électrique (20) et d'autres (22a), non reliés à ce réseau, sont placés en avant de la puce (6). 4. Composant selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le réseau arrière de connexion électrique (24) et la couche de transfert thermique (23) s'étendent dans le même niveau métallique. 5. Dispositif semi-conducteur, comprenant : un premier composant (2) qui comprend une plaquette (5) comprenant au moins une puce de circuits intégrés (6) présentant une face avant de connexion électrique (8) et une face arrière (6a) et un bloc d'encapsulation (7) dans lequel la puce de circuits intégrés est noyée périphériquement, de telle sorte que les faces avant et arrière de la puce et du bloc d'encapsulation forment les faces avant et arrière de la plaquette, le premier composant (2) comprenant une couchemétallique de transfert thermique (23) couvrant au moins partiellement la face arrière de la puce ; un second composant (3) situé à l'arrière et à distance du premier composant ; une pluralité d'éléments de connexion (4) interposés entre le premier composant et le second composant, dont des premiers éléments de connexion thermique (4a) en contact avec la couche métallique de transfert thermique (23) du premier composant et des seconds éléments de connexion électrique (4b) entre les composants. 6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel le premier composant (2) comprend un réseau avant de connexion électrique (20) et un réseau arrière de connexion électrique (24) reliés par des vias de connexion (16) s'étendant au travers du bloc d'encapsulation (7) du premier composant (1) et dans lequel le second composant (2) comprend un réseau avant de connexion électrique (35) relié au réseau arrière de connexion électrique (24) du premier composant (2) par l'intermédiaire desdits seconds éléments de connexion (4b). 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6, dans lequel le second composant (3) comprend au moins une puce de circuits intégrés (39) et des vias de connexion thermique (34) entre lesdits premiers éléments de connexion thermique (4a) et cette puce (39). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel le second composant (3) comprend au moins une puce de circuits intégrés (31) dont une face arrière (40) est au moins partiellement recouverte d'une couche arrière métallique (41). 9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel le second composant (3) est équipé d'un bloc thermique externe (43) en une mousse conductrice thermique s'étendant au moins partiellement sur ladite couche arrière métallique (41). 10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel le bloc thermique externe (43) s'étend sur la face arrière du second composant (3) et présente une partie (43a) qui s'étend latéralement à ce second composant (3). 11. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel la partie latérale (43a) du bloc thermique externe (43) recouvre au moins partiellement une partie périphérique (46) de la face arrière du premier composant (2). 12. Dispositif selon la revendication 11, dans lequel ladite partie périphérique comprend des portions métalliques (46) du réseau avant de connexion électrique (20) et/ou d'extensions latérales de la couche de transfert thermique (23) du premier composant (2). 13. Téléphone comprenant un composant semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 et/ou un dispositif semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 5 à 14. 14. Téléphone selon la revendication 13, dans lequel ladite couche de transfert thermique (23) est reliée thermiquement à une paroi du téléphone par l'intermédiaire d'un bloc thermique (43) en une mousse conductrice thermique.