Brevet FR3011978A1 — publié le 20150417

Système électronique comprenant des dispositifs électroniques empilés comprenant des 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 au moins une première puce de circuits intégrés et au moins une deuxième puce de circuits intégrés, entre lesquelles s'étend au moins une plaque de substrat et une autre plaque de substrat placée du côté de l'une desdites puces par rapport à ladite plaque de substrat. Le système électronique proposé peut comprendre : un premier dispositif électronique comprenant une première plaque de substrat munie d'un premier réseau de connexion électrique et portant, au-dessus d'une face, au moins une première puce de circuits intégrés reliée à ce premier réseau de connexion électrique ; un deuxième dispositif électronique comprenant une deuxième plaque de substrat munie d'un deuxième réseau de connexion électrique et portant au moins une deuxième puce de circuits intégrés reliée à ce deuxième réseau de connexion électrique ; et un troisième dispositif électronique comprenant une troisième plaque de substrat munie d'un troisième réseau de connexion électrique. Le premier dispositif électronique et le second dispositif électronique peuvent être placés l'un au-dessus de l'autre dans une position telle que la première plaque de substrat et la deuxième plaque de substrat s'étendent entre la première puce et la seconde puce. La troisième plaque de substrat peut être placée au-dessus du premier dispositif électronique du côté de la première puce. Des éléments de connexion électrique peuvent être interposés entre le premier dispositif électronique et le second dispositif électronique et relient le premier réseau de connexion électrique et le second réseau de connexion électrique. Des éléments de connexion électrique peuvent être interposés entre le premier dispositif électronique et le troisième substrat et peuvent relier le premier réseau de connexion électrique et le troisième réseau de connexion électrique. Le troisième réseau de connexion électrique peut comprendre des plots de connexion électrique extérieure aménagés sur la face de la troisième plaque de substrat. Une couche d'une matière conductrice de la chaleur peut être interposée entre la première puce et la troisième plaque de substrat. Des éléments de connexion électrique, interposés entre le premier dispositif électronique et le troisième substrat, peuvent comprendre une plaque de substrat munie d'un réseau de connexion électrique reliant le premier réseau de connexion électrique et le troisième réseau de connexion électrique. La plaque de substrat du troisième dispositif électrique peut comprendre des vias métalliques situés dans la zone de la puce du premier dispositif électronique. Un système électronique selon un mode de réalisation particulier de la présente invention va maintenant être décrit à titre d'exemple non limitatif, illustré par le dessin sur lequel : - la figure 1 représente une coupe d'un système électronique ; et - la figure 2 représente en coupe une variante de réalisation du système électronique de la figure 1. Comme illustré sur la figure 1, un système électronique 1 comprend, empilés, un premier dispositif électronique 2, un deuxième dispositif électronique 3 placé au-dessus d'une face 2a du dispositif électronique 2 et un troisième dispositif électronique 4, complémentaire, placé au-dessus d'une face opposée 2b du dispositif électronique 2. Le premier dispositif électronique 2 comprend une première plaque de substrat 5 en une matière isolante, qui est munie d'un premier réseau métallique 6 de connexion électrique d'une face à l'autre, comprenant éventuellement un ou plusieurs niveaux métalliques intégrés reliés par des vias métalliques. Le premier dispositif électronique 2 comprend au moins une puce de circuits intégrés 7 montée au-dessus par exemple d'une partie centrale de la face 2b de la plaque de substrat 5 par l'intermédiaire d'éléments de connexion électrique 8 qui relient électriquement la puce 7 à des plots 6a du premier réseau de connexion électrique 6. Entre la face 2b de la plaque de substrat 5 et la puce 7 est interposée une matière isolante 9 d'encapsulation des éléments de connexion électrique 8. Le second dispositif électronique 3 comprend une deuxième plaque de substrat 10 en une matière isolante, qui présente une face 10a située en vis-à-vis de la face 2a de la plaque de substrat 5 et une face opposée 10b et qui est munie d'un second réseau métallique 11 de connexion électrique d'une face à l'autre, comprenant éventuellement une ou plusieurs couches métalliques intégrées de connexion électrique. Le second dispositif électronique 3 comprend au moins une puce de circuits intégrés 12 qui fixée sur une partie centrale de la face 10b de la plaque de substrat 10 par exemple par collage et qui est reliée au second réseau métallique de connexion électrique 11 par l'intermédiaire de fils de connexion électrique 13. La puce 12 et les fils de connexion électrique 13 sont noyés dans une matière d'encapsulation 14 prévue sur la face 10b de la plaque de substrat 10. Le second dispositif électronique 3 est monté sur le premier dispositif électronique 2 par l'intermédiaire d'éléments métalliques de connexion électrique 15, tels que des billes, qui relient électriquement des plots 6b du premier réseau de connexion électrique 6 et des plots 11 a du second réseau de connexion électrique 11. Le troisième dispositif électronique 4 comprend une troisième plaque de substrat 16 en une matière isolante, qui présente une face 16a située en vis-à-vis de la face 2b de la plaque de substrat 5, de telle sorte que la puce 7 s'étend de façon adjacente à la plaque de substrat 16 du dispositif électronique 4, et une face opposée 16b et qui est munie d'un troisième réseau métallique 17 de connexion électrique d'une face à l'autre, comprenant éventuellement un ou plusieurs niveaux métalliques intégrés reliés par des vias métalliques. Le troisième dispositif électronique 4 est monté sur le premier dispositif électronique 2 par l'intermédiaire d'éléments métalliques de connexion électrique 18, tels que des billes, qui sont placés autour de la puce 12 et qui relient électriquement des plots 6c du premier réseau de connexion électrique 6 et des plots 17a du troisième réseau de connexion électrique 17. Le système électronique 1 peut être monté sur une plaque de circuits imprimés 19, dans une position telle que la face 16b de la plaque de substrat 16 soit en vis-à-vis de cette plaque de circuits imprimés 19, par l'intermédiaire d'éléments métalliques de connexion électrique 20, tels que des billes, qui relient électriquement des plots de connexion électrique extérieure 17b du troisième réseau de connexion électrique 17 et des plots 19a de la plaque de circuits imprimés 19. Selon une variante de réalisation, la puce 7, qui est placée entre la plaque de substrat 5 du dispositif électronique 2 et la plaque de substrat 16 du dispositif électronique 4, peut être en contact avec la face 16a de cette plaque de substrat 16. Selon une autre variante de réalisation, la puce 7 peut être à faible distance de la face 16a de la plaque de substrat 16 et une couche 21 en une matière conductrice de la chaleur, telle qu'une colle thermique, peut être interposée entre la puce 7 et la face 16a de la plaque de substrat 16. Il résulte de ce qui précède que les plaques de substrat 5 et 10 s'étendent entre les puces 7 et 12, que les puces 7 et 12 sont ainsi éloignées l'une de l'autre et séparées par la plaque de substrat 5, la plaque de substrat 10 et l'espace séparant ces plaques de substrat 5 et 10, et que la plaque de substrat 16 constitue un moyen intermédiaire de montage des premier et second dispositifs électroniques empilés 2 et 3 et un moyen intermédiaire de connexion électrique à la plaque de circuits imprimés 19. La puce 7 peut être une puce de processeur dégageant de la chaleur et la puce 12 peut être une puce de mémoires. La disposition décrite ci-dessus à titre d'exemple présente les avantages suivants. La chaleur produite par la puce 7 se diffuse préférentiellement, à l'opposé de la position de la puce 12, dans la plaque de substrat 16, éventuellement via la couche conductrice de la chaleur 21, et dans le réseau métallique 17 de connexion électrique, puis se diffuse dans la plaque de circuits imprimés 19 via les éléments de connexion électrique 20. Avantageusement, la plaque de substrat 16 du dispositif électronique 4 peut être munie de vias métalliques spécifiques 17c d'une face à l'autre, directs ou indirects, situés dans la zone de la puce 7, optionnellement d'une zone chaude de la puce 7, de façon à faciliter le transfert de la chaleur depuis la puce 7 vers la plaque de circuits imprimés 19. Ces vias métalliques 17c peuvent éventuellement faire partie du réseau de connexion électrique 17. La chaleur produite par la puce 7 se diffuse également dans l'espace séparant le dispositif électronique 2 et le dispositif électronique 3, dans l'espace séparant le dispositif électronique 2 et le dispositif électronique 4 et dans l'espace séparant le dispositif électronique 4 et la plaque de circuits imprimés 19, pour être évacuée vers l'extérieur. Ainsi, la puce 7 est refroidie et la diffusion, en direction de la puce 12 du dispositif électronique 3, de la chaleur produite par la puce 7 du dispositif électronique 2 est limitée, de telle sorte que la puce 12 est protégée contre toute élévation excessive de sa température. Il résulte de ce qui précède que le troisième dispositif électronique 4 muni du réseau métallique 17, y compris les vias 17c, ajouté aux dispositifs électroniques 2 et 3 munis des puces 7 et 12, constitue un moyen intermédiaire de captation préférentiel et de transfert de la chaleur produite par la puce 7 du dispositif électronique 2 qui lui est adjacent, vers la plaque de circuits imprimé 19, et un moyen intermédiaire de connexion électrique des dispositifs électroniques 2 et 3 à cette plaque de circuits imprimé 19. Selon une variante de réalisation illustrée sur la figure 2, les éléments intermédiaires de connexion électrique 18 sont supprimés et sont remplacés par une plaque de substrat intermédiaire 22 qui est placée entre et à distance de la plaque de substrat 5 et la plaque de substrat 16, autour de la puce 7, et qui est munie d'un réseau métallique 23 de connexion électrique d'une face à l'autre qui est relié électriquement d'une part au réseau de connexion électrique 6 par l'intermédiaire d'éléments de connexion électrique 24 et d'autre part au réseau de connexion électrique 17 par l'intermédiaire d'éléments de connexion électrique 25. Du fait que les éléments de connexion électrique 24 et 25 peuvent présenter des sections plus petites que celles des billes de connexion électrique 18 de l'exemple précédent, il est possible d'augmenter leur densité et ainsi d'augmenter le nombre des liaisons électriques entre le réseau de connexion électrique 6 et le réseau de connexion électrique 17. La présente invention ne se limite pas aux exemples ci-dessus décrits. En particulier, la puce 12 du second dispositif électronique 3 pourrait être placée du côté du dispositif électronique 2. La puce 12 pourrait être montée sur et connectée à la plaque de substrat 10 par l'intermédiaire d'éléments métalliques de connexion électrique. Le dispositif électronique 2 pourrait comprendre une couche en une matière isolante entourant la puce 7, dans laquelle seraient aménagées des ouvertures pour la mise en place des éléments de connexion électrique 18. Bien d'autres variantes de réalisation sont possibles sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Système électronique comprenant : au moins une première puce de circuits intégrés (7) et au moins une deuxième puce de circuits intégrés (12), entre lesquelles s'étend au moins une plaque de substrat (5) ; et une autre plaque de substrat (16) placée du côté de l'une desdites puces par rapport à ladite plaque de substrat (5). 2. Système électronique selon la revendication 1, comprenant : un premier dispositif électronique (2) comprenant une première plaque de substrat (5) munie d'un premier réseau de connexion électrique (6) et portant, au-dessus d'une face, au moins une première puce de circuits intégrés (7) reliée à ce premier réseau de connexion électrique ; un deuxième dispositif électronique (3) comprenant une deuxième plaque de substrat (10) munie d'un deuxième réseau de connexion électrique (11) et portant au moins une deuxième puce de circuits intégrés (12) reliée à ce deuxième réseau de connexion électrique ; un troisième dispositif électronique (4) comprenant une troisième plaque de substrat (16) munie d'un troisième réseau de connexion électrique ; le premier dispositif électronique (2) et le second dispositif électronique (3) étant placés l'un au-dessus de l'autre dans une position telle que la première plaque de substrat (5) et la deuxième plaque de substrat (10) s'étendent entre la première puce (7) et la seconde puce (12) ; la troisième plaque de substrat (16) étant placée au-dessus du premier dispositif électronique (2) du côté de la première puce (7) ; des éléments de connexion électrique (15) étant interposés entre le premier dispositif électronique et le second dispositif électronique et reliant le premier réseau de connexion électrique et le second réseau de connexion électrique ; des éléments de connexion électrique (18 ; 23, 24, 25) étant interposés entre le premier dispositif électronique et le troisièmesubstrat et reliant le premier réseau de connexion électrique et le troisième réseau de connexion électrique ; le troisième réseau de connexion électrique comprenant des plots de connexion électrique extérieure (18a) aménagés sur la face de la troisième plaque de substrat. 3. Système selon la revendication 2, dans lequel une couche d'une matière conductrice de la chaleur est interposée entre la première puce et la troisième plaque de substrat. 4. Système selon l'une des revendications 2 et 3, dans lequel des éléments de connexion électrique, interposés entre le premier dispositif électronique et le troisième substrat, comprennent une plaque de substrat (22) munie d'un réseau de connexion électrique (23) reliant le premier réseau de connexion électrique (6) et le troisième réseau de connexion électrique (17). 5. Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel la plaque de substrat (19) du troisième dispositif électrique (4) comprend des vias métalliques (17c) situés dans la zone de la puce (7) du premier dispositif électronique (4).