Brevet FR3053528A1 — publié le 20180105

La présente invention concerne le domaine de l'électronique. ETAT DE LA TECHNIQUE Un dispositif électronique comprend généralement une plaque support qui est pourvue de circuits électriquement conducteurs (ces plaques sont usuellement dénommées PCB de l'anglais « printed circuit board » ou plaque de circuit imprimé) et qui porte des composants électroniques passifs et actifs reliés aux circuits électriquement conducteurs. Depuis maintenant de nombreuses années, les fabricants de matériel électronique essaient de réduire les dimensions de leur matériel afin de répondre aux besoins des utilisateurs qui veulent disposer d'équipements moins encombrants. Différentes solutions ont été testées à cette fin et notamment : - l'augmentation du nombre de couches de circuits électriquement conducteurs au sein des plaques de circuits imprimés, - la superposition de plaques de circuits imprimés (montages dits en mezzanine par exemple), - la diminution des dimensions des composants obtenue par exemple par l'augmentation de la finesse de la gravure des composants semiconducteurs. Il devient difficile désormais de miniaturiser encore les dispositifs électroniques à des coûts raisonnables. En outre, l'augmentation de la densité de composants sur une même plaque support pénalise le refroidissement des composants et occasionne des cheminements compliqués du circuit électriquement conducteurs qui peuvent être sources de parasites de 3053528 2 diminution des performances du circuit. OBJET DE L'INVENTION Un but de l'invention est d'apporter une nouvelle solution pour réduire les dimensions des dispositifs 5 électroniques. BREF EXPOSE DE L'INVENTION A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un dispositif électronique comprenant un support ayant deux surfaces externes dont au moins une porte des composants 10 électroniques électriquement reliés à au moins un circuit électriquement conducteur du support. Le dispositif comprend des composants électroniques passifs logés dans le support et électriquement reliés au circuit. Ainsi, une partie des composants est incorporée 15 dans le support et libère donc de la place au niveau des surfaces externes dudit support. Ce positionnement permet de réduire les longueurs de conducteurs entre les composants passifs et les composants actifs. Avoir logé les composants électroniques passifs dans le support 20 améliore également le refroidissement de ces composants électroniques passifs en prévoyant un transfert thermique direct et raccourci par conduction thermique au sein du support, en particulier avec un positionnement du composant immédiatement au-dessus d'un plan conducteur 25 relié directement à une interface matricielle de billes de type BGA ou d'un capot métallique relié à une interface thermique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description 30 qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : 35 - la figure 1 est une vue schématique en coupe 3053528 3 d'un dispositif selon un premier mode de réalisation ; - la figure 2 est une vue schématique de dessus des composants passifs logés dans le support ; 5 - la figure 3 est une vue de dessous du dispositif ; - la figure 4 est une vue schématique d'un dispositif selon une variante de l'invention en cours de fabrication. 10 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence aux figures, le dispositif électronique selon l'invention comprend un support, généralement désigné en 1, ici en matériau organique (c'est-à-dire issu de l'industrie de la chimie 15 organique), ayant deux surfaces externes 1.1, 1.2. Le support 1 est de type plaque de circuit imprimé multicouche (couramment appelée PCB) comprenant un circuit électriquement conducteur 10 s'étendant sur les surfaces externes 1.1, 1.2 ainsi qu'à l'intérieur du 20 support 1 sur plusieurs couches. La partie externe du dispositif, c'est-à-dire la partie extérieure au support 1, va maintenant être décrite, la partie interne étant décrite dans un deuxième temps. 25 La surface 1.1 porte des composants électroniques actifs 2.1 et des composants électroniques passifs 3.1. La surface 1.2 porte des composants électroniques actifs 2.2 et des billes d'interconnexion 4. Les composants électroniques actifs 2.1, par 30 exemple des microprocesseurs, sont reliés au circuit électriquement conducteur 10 par des conducteurs filaires 11 (mode de raccordement couramment appelé « wire bonding »). Les composants électroniques passifs 3.1, ici des condensateurs et des résistances de précision, ont 35 des parties conductrices brasées, ou collés avec une 3053528 4 colle électriquement conductrice, directement sur des portions du circuit électriquement conducteur 10 s'étendant sur la surface 1.1 (mode de raccordement dit CMS pour « composants montés en surface »). 5 Les composants électroniques actifs 2.2, par exemple des microprocesseurs amincis, sont montés inversés (montage couramment appelé « flip chip ») pour être reliés au circuit électriquement conducteur 10 sans recourir à des fils (on utilise alors par exemple des 10 billes ou des plots conducteurs reliant les plages de contact des composants électroniques actifs 2.2 à des portions du circuit électriquement conducteur 10 s'étendant sur la surface 1.2). Les composants électroniques actifs 2.2 sont 15 répartis en deux groupes GA et GB, correspondant à une voie A et une voie B, ici disposés symétriquement de part et d'autre d'un axe médian X du support 1. Les billes d'interconnexion 4 ont une hauteur supérieure à celle des composants électroniques actifs 2.2 munis de leurs 20 connections et sont organisées en matrice (agencement couramment appelé BGA de l'anglais « Ball Grid Array ») entourant les composants électroniques actifs 2.2. Les billes d'interconnexion 4 sont brasées sur des plages d'accueil du circuit électriquement conducteur 10 25 s'étendant sur la surface 1.2. Les connections par flip chip peuvent être réalisées de quatre manières différentes : par brasage d'une microbille contenant au minimum de l'étain, ce qui se conçoit plus 30 particulièrement dans cette application pour des diamètres de billes de l'ordre de 200 }gym. Ceci permet notamment d'assembler des composants en boîtier WLCSP, WLP... mais aussi des substrats intermédiaires ou de transition 35 (ou « interposers »), quel que soit le matériau 3053528 5 du support à savoir ici organique (mais est également compatible avec d'autres matériaux et notamment des matériaux minéraux comme les céramiques et le silicium, ou métalliques comme 5 l'aluminium, le cuivre, l'acier inoxydable_ le support en matériau métallique comportant des couches externes en matériau électriquement isolant). Ces composants admettent généralement des pas entre les billes de l'ordre de 250 pm à 10 300 pm. On utilise les trois autres modes de connections décrits plus bas pour classiquement des pas inférieurs à 250 pm. - par brasage d'un micro pilier en cuivre qui est attenant à la puce en silicium, recouvert d'une 15 pellicule de brasure à l'étain sur un plot du circuit imprimé. Ce dispositif est décrit ci-après. - par soudure de type thermosonique ou par thermocompression d'un pilier en cuivre 20 recouvert d'une pellicule d'or ayant une épaisseur supérieure à 500 nm. A noter qu'une couche barrière de type nickel peut exister entre le cuivre et l'or. - par soudure de type thermosonique ou en 25 thermocompression d'une bille en or présente sur les plots de la puce. La bille a un diamètre de l'ordre de 40 pm avant écrasement. Les plots du circuit intégré sont en aluminium ou recouvert d'un revêtement contenant une 30 couche barrière de type nickel avec une protection en or ou palladium recouverte d'or (revêtement dit « under bump metallisation » ou UBM). Le pilier en cuivre (copper pillar) tel que 35 constitué a les spécificités suivantes : 3053528 6 - dépôt d'une couche de finition aluminium sur le circuit intégré préalablement recouvert d'une couche barrière de titane, - réalisation d'un poteau en cuivre par dépôt 5 électrolytique puis gravure, d'un diamètre de l'ordre de 55 pm sur une épaisseur de l'ordre de 30 pm, - réalisation d'une barrière en nickel entre 1 pm et 3 pm, 10 - couverture du nickel par un film de brasure d'épaisseur 25 pm contenant au minimum de l'étain et potentiellement du plomb, de l'argent et du cuivre. Les piliers sont assemblés soit sur la face 1.1 15 avec éventuellement des étages supplémentaires soit sur la face 1.2 en étage unique. Le substrat 1 étant ici en matériau organique, il est prévu de le recouvrir préalablement d'une couche de finition qui permette d'assembler les composants par l'un des moyens suivant : 20 brasage, wirebonding, fixation thermosonique, fixation par thermocompression, voire collage. Il est également prévu une protection (ou « soldermask ») qui puisse permettre de contenir notamment la brasure pour qu'elle ne flue pas sur la totalité de la piste. 25 La couche de finition retenue dans ce mode de réalisation est de type ENEPIG (ou « electroless nickel, electroless palladium, immersion gold ») obtenue par un procédé qui consiste à déposer successivement une couche de nickel, une couche de palladium et une couche d'or. La 30 couche de nickel a une épaisseur comprise entre 1 pm et 3 pm, la couche de palladium a une épaisseur comprise entre 350 nm et 500 nm, et la couche d'or a une épaisseur généralement comprise entre 50 nm et 500 nm. On notera que, si l'épaisseur d'or est voisine de 500 pm, le 35 câblage sera réalisé sur l'or : cette épaisseur est bien 3053528 7 adaptée au câblage thermosonique, au wire-bonding et au collage. Cependant la présence d'or en grande quantité dans la brasure donnera une interface intermétallique cassante. On préfèrera donc pour la finition une couche 5 d'or ayant une épaisseur inférieure à 100 nm. Dans ce cas le câblage se fera sur le palladium. Pour protéger le module, on utilise du vernis de faible épaisseur ( REVENDICATIONS1. Dispositif électronique comprenant un support ayant deux surfaces externes dont au moins une porte des composants électroniques électriquement reliés à au moins un circuit électriquement conducteur du support, caractérisé en ce que le dispositif comprend des composants électroniques passifs logés dans le support et électriquement reliés au circuit. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les deux surfaces externes portent des composants électroniques électriquement reliés au circuit électriquement conducteur. 3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel au moins une des surfaces externes est recouverte d'un revêtement pour combler un espace entre ladite surface externe et les composants. 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le revêtement comprend une résine synthétique ou du parylène. 5. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les composants électroniques montés en surface comprennent au moins un premier composant actif et des premiers composants électroniques passifs sont regroupés sous le premier composant actif et au moins une partie du circuit s'étend de manière rectiligne entre le premier composant actif et les premiers composants électroniques passifs. 6. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel au moins un composant électronique actif est logés dans le support et électriquement reliés au circuit. 7. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les composants électroniques passifs comprennent des résistances et des condensateurs. 8. Dispositif selon la revendication 7, dans 3053528 14 lequel les composants passifs sont reliés entre eux pour former différentes fonctions telles que : - un inverseur, - un convertisseur analogique/numérique, 5 - un amplificateur de charge, - un découpleur... 9. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le support comprend une première plaque et une deuxième plaque accolées l'une à l'autre, la première 10 plaque étant destinée à être alimentée à une première tension et la deuxième plaque étant destinée à être alimentée à une deuxième tension, un premier groupe de composants électroniques passifs est logé dans la première plaque pour être soumis à la première tension et 15 un deuxième groupe de composants électroniques passifs est logé dans la deuxième plaque pour être soumis à la deuxième tension. 10. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les composants passifs sont formés sur une plaque 20 de verre. 11. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les composants passifs sont formés sur une plaque de silicium. 12. Dispositif selon la revendication 1, dans 25 lequel l'une des surfaces du support comprend des plots de connexion et au moins un composant actif monté en flip-chip. 30