Brevet FR3012670A1 — publié le 20150501

Système électronique comprenant des dispositifs électroniques empilés munis de puces de circuits intégrés La présente invention concerne le domaine de la microélectronique. Il est connu de constituer des systèmes électroniques qui comprennent des dispositifs électroniques empilés les uns au-dessus des autres et reliés électriquement entre eux, incluant respectivement au moins une puce de circuits intégrés. L'empilement de dispositifs électroniques présente notamment les avantages d'améliorer les performances des liaisons électriques et de réduire l'encombrement. Il arrive néanmoins, dans certains cas, que certaines des puces de circuits intégrés produisent de la chaleur et que la chaleur produite réchauffe d'autres puces de circuits intégrés et dégrade alors les performances de ces dernières. C'est le cas notamment lorsqu'un premier dispositif électronique comprend une puce de processeur qui produit de la chaleur et qu'un second dispositif électronique empilé sur le premier comprend une puce de mémoires, dont en particulier le fonctionnement se dégrade lorsque sa température croît. Les circonstances ci-dessus constituent un obstacle l'augmentation des performances desdits systèmes électroniques telles que notamment les vitesses d'exécution de programmes. La situation qui consiste aujourd'hui à adopter un compromis entre les performances souhaitées desdits systèmes électroniques et leur encombrement n'est cependant pas satisfaisante, notamment dans le domaine des appareils portatifs tels que les téléphones portables. Selon un mode de réalisation, il est proposé un système électronique qui comprend un premier dispositif électronique comprenant au moins une première puce de circuits intégrés et un second dispositif électronique comprenant au moins une seconde puce de circuits intégrés, empilé au-dessus du premier dispositif électronique, du côté de ladite première puce, et relié à ce premier dispositif électronique par des éléments de connexion électrique situés autour de la première puce. Il est proposé que le premier dispositif électronique soit équipé d'une plaque métallique de captation et de transfert thermique s'étendant entre le premier dispositif électronique et le second dispositif électronique, au-dessus de la première puce, et présentant des passages traversants aménagés pour le passage à distance desdits éléments de connexion électrique. Ladite plaque métallique peut s'étendre à distance du second dispositif électronique. Ladite plaque métallique peut être en contact au-dessus du premier dispositif électronique. Une couche de colle thermique peut être interposée entre ladite plaque métallique et le premier dispositif électronique. Une couche de colle thermique peut être interposée entre ladite plaque métallique et la première puce. Le premier dispositif électronique peut être monté sur une plaque de circuits imprimés par l'intermédiaire d'éléments de connexion électrique et ladite plaque métallique peut présenter une partie extérieure en contact au-dessus de cette plaque de circuits imprimés. Un capot peut envelopper le second dispositif électronique et peut présenter un rebord au-dessus d'une partie extérieure de ladite plaque métallique. Ladite partie extérieure peut comprendre une bande périphérique. Ladite partie extérieure peut comprendre des pattes. Ledit capot peut présenter lesdites ouvertures d'aération. Un radiateur peut être monté au-dessus dudit capot métallique. Des systèmes électroniques, selon des modes de réalisation particuliers de la présente invention, 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 électronique ; - les figures 2a et 2b représentent des vues de dessus de plaques métalliques du dispositif électronique de la figure 1 - la figure 3 représente une coupe d'un autre dispositif électronique , - la figure 4 représente une coupe d'un autre dispositif électronique ; - les figures 5a, 5b et 5c représentent des vues de dessus de plaques métalliques du dispositif électronique de la figure 4 ; - la figure 6 représente une coupe d'un autre dispositif électronique ; et - la figure 7 représente une coupe d'un autre dispositif électronique. Comme illustré sur la figure 1, un système électronique 1 comprend un premier dispositif électronique 2 et un second dispositif électronique 3 empilés l'un au-dessus et à distance de l'autre. Le dispositif électronique 1 comprend une plaque de substrat 4 munie d'un réseau intégré de connexion électrique 5 qui comprend, sur une face 4a, des plots de connexion électrique 6a aménagés sur sa partie centrale et des plots de connexion électrique 6b aménagés sur sa partie périphérique et, sur sa face opposée 4b, des plots de connexion électrique 7. Le dispositif électronique 2 comprend au moins une puce de circuits intégrés 8 montée sur la plaque de substrat 4, du côté de sa face 4a, par l'intermédiaire d'éléments de connexion électrique 9 interposés entre des plots de connexion électrique de la puce 8 et les plots de connexion électrique 6a du réseau de connexion électrique 5. Le dispositif électronique 3 comprend une plaque de substrat 10 munie d'un réseau intégré de connexion électrique 11 qui comprend, sur une face 10a, des plots de connexion électrique 12 aménagés sur sa partie périphérique et, sur sa face opposée 10b, des plots de connexion électrique 13 aménagés sur sa partie périphérique. Le dispositif électronique 3 comprend au moins une puce de circuits intégrés 14 montée au-dessus de sa face 10a par l'intermédiaire d'une couche de colle 15 et reliée électriquement aux plots 12 du réseau de connexion électrique 11 par l'intermédiaire de fils de connexion électrique 16, la puce 14 et les fils de connexion électrique étant noyés dans une couche 17 en une matière isolante. Selon une variante de réalisation, la puce 14 pourrait être montée sur la plaque de substrat 10 par l'intermédiaire d'éléments de connexion électrique. Le dispositif électronique 3 est monté sur le dispositif électronique 2 par l'intermédiaire d'éléments de connexion électrique 18, tels que des billes métalliques, interposés entre les plots de connexion électrique 6b du réseau de connexion électrique 5 du dispositif électronique 2 et les plots de connexion électrique 13 du réseau de connexion électrique 11 du dispositif électronique 3. Ainsi, la face 10b de la plaque de substrat 10 est située en vis-à-vis et à distance de la puce 8 et de la face 4a de la plaque de substrat 4, les éléments de connexion électrique 18 sont situés autour de la puce 8 et la plaque de substrat 10 s'étend entre la puce 8 et la puce 14. Le système électronique 1 peut être monté sur une plaque de circuits imprimés 19 par l'intermédiaire d'éléments de connexion électrique 20, tels que des billes métalliques, interposés entre les plots de connexion électrique 7 du réseau de connexion électrique 5 de la plaque de substrat 4 et des plots de connexion électrique 19a de la plaque de circuits imprimés 19. Selon un mode de réalisation, la puce 8 peut être une puce de processeur, dont le fonctionnement engendre une production de chaleur, et la puce 14 peut être une puce de mémoires, dont le fonctionnement est susceptible de se dégrader si sa température devient trop élevée. Le dispositif électronique 2 est équipé d'une plaque métallique 21 de captation et de transfert thermique, par exemple en cuivre ou en aluminium, qui s'étend entre le premier dispositif électronique 2 et le deuxième dispositif électronique 3, de préférence sans contact avec le deuxième dispositif électronique, de façon à transférer, au moins en partie, la chaleur produite par la puce 8 vers la plaque de substrat 4 et/ou vers la plaque de circuits imprimés 19. La plaque métallique 21 comprend une partie centrale 22 qui s'étend à plat entre la puce 8 du premier dispositif électronique 2 et la plaque de substrat 10 du second dispositif électronique 3. La plaque métallique 21 comprend en outre une partie périphérique 23 qui entoure, au moins partiellement, la partie centrale 22, qui s'étend à plat au-dessus de la partie du premier dispositif électronique 2 située autour de la puce 8 et qui présente des passages traversants 24 au travers desquels passent, sans contact ou à distance, les éléments de connexion électrique 18 reliant le premier dispositif électronique 2 et le deuxième dispositif électronique 3. Selon l'exemple illustré sur la figure 1, la plaque métallique 21 se présente sous la forme d'une cuvette dans laquelle se situe la puce 8. Sa partie centrale 22 est montée sur la face 8a de la puce 8, opposée à la plaque de substrat 4 et aux éléments de connexion électrique 9, par l'intermédiaire d'une couche de colle thermique 24. Sa partie périphérique 23 est montée sur la face 4a de la plaque de substrat 4 par l'intermédiaire d'une couche de colle thermique 25, le bord périphérique de cette partie périphérique 23 s' étendant approximativement le long du bord périphérique de la plaque de substrat 4. Ainsi, la chaleur produite par la puce 8 se diffuse préférentiellement dans la plaque de substrat 4 et son réseau de connexion électrique 5, directement pour ce qui concerne son côté situé en vis-à-vis de la plaque de substrat 4 et, pour ce qui concerne son côté opposé à la plaque de substrat 4, indirectement par l'intermédiaire de la plaque métallique 21 qui constitue une barrière thermique entre le premier dispositif électronique 2 et le deuxième dispositif électronique 3 et un moyen de transfert thermique préférentiel depuis la face 8a de la puce 8 vers la plaque de substrat 4. Puis, la chaleur de la plaque de substrat 4 est notamment et préférentiellement transférée vers la plaque de circuits imprimés 19 par l'intermédiaire des éléments de connexion électrique 20. Il en résulte que la puce 14 du deuxième dispositif électronique 3 est protégée contre toute élévation, excessive de sa température. Selon une variante de réalisation illustrée sur la figure 2a, les passages traversants 24 comprennent des grandes ouvertures 54a, respectivement pour le passage d'une pluralité d' éléments de connexion électrique 18. Selon une autre variante de réalisation illustrée sur la figure 2b, les passages traversants 24 comprennent des ouvertures individuelles 24b, respectivement pour le passage d'un seul élément de connexion électrique 18 En se reportant à la figure 3, est illustré un autre système électronique lA dans lequel le premier dispositif électronique 2 comprend en outre une matière d'encapsulation formant un bloc 27 aménagé autour de la puce 8 et sur la face 10b de la plaque de substrat 4. Dans ce bloc d'encapsulation 27 sont aménagées des ouvertures 28 pour le passage et la mise en place des éléments de connexion électrique 18. Selon cet exemple, la plaque métallique 21 est remplacée par une plaque métallique de transfert thermique 29 qui est plate et qui s'étend et est montée au-dessus de la puce 8 et du bloc d'encapsulation 27 par l'intermédiaire d'une couche de colle thermique 30, cette plaque métallique 29 présentant, comme la plaque métallique 21, des passages traversants 31 pour le passage des éléments de connexion électrique 18, situés au-dessus des ouvertures 28. En se reportant à la figure 4, est illustré un autre système électronique 1B dans lequel le premier dispositif électronique 2, en particulier celui de la figure 1, est équipé d'une plaque métallique de transfert thermique 32 qui comprend la plaque métallique 21 de la figure 1 et qui comprend une partie extérieure 33 prolongeant la partie périphérique 23 de cette dernière et présentant une partie d'extrémité 34 venant à plat au-dessus de la plaque de circuits imprimés 19, autour et à distance du premier dispositif électronique 2. Cette partie extérieure 33 peut être montée à plat au-dessus de la plaque de circuits imprimés 19 par des organes de fixation 35 et/ou par l'intermédiaire d'une couche colle thermique 36. Ainsi, la chaleur captée par la plaque métallique 32, issue de la puce 8, peut être, au moins en partie, transférée directement à la plaque de circuits imprimés 19 par l'intermédiaire de sa partie extérieure 33. Comme illustré sur la figure 5a, la partie extérieure 33 de la plaque métallique 32 peut comprendre une bande périphérique 33a entourant la partie périphérique 23. Comme illustré sur la figure 5b, la partie extérieure 33 de la plaque métallique 32 peut comprendre une pluralité de pattes espacées 33b prolongeant la partie périphérique 23 et prévues par exemple à partir des coins de cette dernière. Comme illustré sur la figure 5c, la plaque métallique 32 peut comprendre uniquement la partie centrale 22 de la plaque métallique 21 et des pattes espacées 33c prolongeant les coins de cette partie centrale.22 et passant au-dessus et à distance des coins des dispositifs électroniques 2 et 3. Dans ce cas, les passages traversants pour le passage des éléments de connexion électrique 18 peuvent être formés par les encoches 37 aménagées respectivement entre les pattes espacées 33c. Selon une variante de réalisation, la plaque métallique pourrait comprendre la plaque métallique 29 de la figure 3 à la place de la plaque métallique 21 de la figure 1. En se reportant à la figure 6, est illustré un autre système électronique 1C dans lequel le système électronique 1B de la figure 4 est équipé en outre d'un capot métallique 38 qui enveloppe le deuxième dispositif électronique 3, au moins à distance de la puce 14, et qui présente un rebord terminal 39 venant au-dessus de la partie extérieure 34 de la plaque métallique 32 montée sur la plaque de circuits imprimés 19. Ce rebord 39 peut être fixé par les organes de fixation 35 et/ou par une couche de colle 40. En outre, le capot métallique 38 présente des ouvertures d'aération 41 et peut être muni d'un radiateur extérieur 42 fixé sur sa partie située au-dessus et à distance de la puce 14. En se reportant à la figure 7, est illustré un autre système électronique 1D dans lequel le système électronique lA de la figure 3 est équipé en outre d'un capot métallique 43 qui enveloppe à distance le deuxième dispositif électronique 3 et qui présente un rebord terminal 44 venant au-dessus d'une partie périphérique dépassante 45 de la plaque métallique 29. Ce rebord terminal 44 et cette partie périphérique dépassante 45 peuvent être fixés par l'intermédiaire d'organes de fixation et/ou d'une couche de colle. Le capot métallique 43 présente également des ouvertures d'aération 46 et peut être muni d'un radiateur extérieur 47 fixé sur sa partie située au-dessus et à distance de la puce 14. Ainsi, les capots métalliques 38 et 43 et les radiateurs 41 et 47 peuvent contribuer à l'évacuation, dans l'air ambiant, de la chaleur produite par la puce 8 en vue de la protection de la puce 14 contre une élévation excessive de sa température. La présente invention ne se limite pas aux exemples ci-dessus décrits. En particulier, les plaques métalliques de captation et de transfert de la chaleur pourraient être de formes très différentes. Bien d'autres variantes de réalisation sont possibles sans sortir du cadre de l' invention. REVENDICATIONS1. Système électronique comprenant un premier dispositif électronique (2) comprenant au moins une première puce de circuits intégrés (8) et un second dispositif électronique (3) comprenant au moins une seconde puce de circuits intégrés (14), empilé au-dessus du premier dispositif électronique, du côté de ladite première puce, et relié à ce premier dispositif électronique par des éléments de connexion électrique (18) situés autour de la première puce, dans lequel le premier dispositif électronique est équipé d'une plaque métallique de captation et de transfert thermique (21 ; 29 ; 32) s'étendant entre le premier dispositif électronique (2) et le second dispositif électronique (3), au-dessus de la première puce (8), et présentant des passages traversants (24 ; 37) aménagés pour le passage à distance desdits éléments de connexion électrique (18). 2. Système selon la revendication 1, dans lequel ladite plaque métallique (21 ; 29 ; 32) s'étend à distance du second dispositif électronique (3). 3. Système selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel ladite plaque métallique (21 ; 29 ; 32) est en contact au-dessus du premier dispositif électronique. 4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une couche de colle thermique (25, 26 ; 30) est interposée entre ladite plaque métallique et le premier dispositif électronique. 5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une couche de colle thermique (25) est interposée entre ladite plaque métallique et la première puce (8). 6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier dispositif électronique (2) est monté sur une plaque de circuits imprimés (19) par l'intermédiaire d'éléments de connexion électrique (20) et dans lequel ladite plaque métallique (32) présente une partie extérieure (34) en contact au-dessus de cette plaque de circuits imprimés. 7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un capot (38, 47) enveloppe le second dispositif électronique (2) et présente un rebord (39, 44) au-dessus d'une partie extérieure (34, 45) de ladite plaque métallique. 8. Système selon la revendication 7, dans lequel ladite partie extérieure comprend une bande périphérique (33a). 9. Système selon la revendication 7, dans lequel ladite partie extérieure comprend des pattes (33c). 10. Système selon la revendication 7, dans lequel ledit capot présente lesdites ouvertures d'aération. 11. Système selon l'une des revendications 7 et 8, dans lequel un radiateur (42, 47) est monté au-dessus dudit capot métallique.