Brevet FR3086459A1 — publié le 20200327

Dispositif électronique comprenant une puce optique et procédé de fabrication La présente invention concerne le domaine de la microélectronique et plus particulièrement celui des boîtiers électroniques comprenant des capots d'encapsulation de puces électroniques montées sur des plaques de support. Il est proposé un dispositif électronique qui comprend : un substrat de support présentant une face avant de montage ; une puce électronique montée sur la face avant de montage du substrat de support et pourvue dans sa face avant d'un composant optique ; un capot d'encapsulation de la puce, qui est monté au-dessus de ladite face avant du substrat de support, qui délimite une chambre dans laquelle se situe la puce et qui présente une ouverture avant située en avant du composant optique de la puce ; et un élément optique, apte à être traversé par la lumière, qui recouvre l'ouverture avant du capot d' encapsulation et qui est monté sur le capot d'encapsulation du côté de la puce. Ainsi, l'assemblage est facilité et précis. L'élément optique peut comprendre, du côté de la puce, un motif de positionnement. L'élément optique peut comprendre une pastille de base et une couche arrière située du côté de la puce et présentant une zone centrale apte à dévier la lumière et un motif de positionnement. Le capot d'encapsulation peut présenter, autour dudit passage traversant, une face arrière de montage qui comprend au moins une surface d'appui sur laquelle une face avant de l'élément optique prend appui et qui comprend au moins un évidement local qui est en retrait par rapport à ladite surface d'appui, cet évidement local d'une part aménageant des espaces entre la face avant de l'élément optique et le fond dudit évidement local et d'autre part s'étendant et étant découvert au-delà d'un bord de l'élément optique. 2 Au moins une goutte de colle de fixation de l'élément optique peut s'étendre localement dans ledit évidement local. La goutte de colle peut présenter une portion couverte entre l'évidement local et l'élément optique et une portion découverte qui 5 s'étend au-delà dudit bord de l'élément optique, Le fond de l'évidement local peut présenter un bossage en saillie qui s'étend en regard et à distance de la face avant de l'élément optique, ladite goutte de colle de fixation s'étendant sur ce bossage en saillie. Le bossage en saillie peut présenter une portion couverte par 10 l'élément optique et une portion découverte située au-delà dudit bord de l'élément optique. Ledit évidement local peut être situé à distance dudit passage traversant et séparé de ce passage traversant par ladite surface d'appui. L'élément optique peut comprendre une pastille de base et une 15 couche arrière incluant une partie centrale apte à dévier la lumière et un motif de positionnement détectable. Il est également proposé un procédé de fabrication d'un dispositif électronique, qui comprend les étapes suivantes : disposer d'une part d'un substrat de support sur une face avant 20 duquel est montée au moins une puce électronique comprenant un composant optique et d'autre part d'un capot d'encapsulation présentant une ouverture avant et d'un élément optique apte à laisser passer la lumière, monter l'élément optique sur le capot d'encapsulation, en arrière 25 de ladite ouverture avant, monter le capot d'encapsulation au-dessus de la face avant du substrat de support, dans une position telle que la puce soit située dans une chambre délimitée par le capot d'encapsulation et que l'élément optique soit en avant du composant optique de la puce, les axes optiques 30 du composant optique de la puce et de l'élément optique étant situés sur un axe optique commun. Le montage du capot d'encapsulation peut comprendre les étapes suivantes : placer le capot d'encapsulation muni de l'élément optique dans une position de référence, détecter un motif de positionnement de l'élément optique par l'arrière du capot d'encapsulation, par rapport à une position du substrat 5 de support ou de la puce montée sur le substrat de support, et déplacer et monter le capot d'encapsulation au-dessus du substrat de support, depuis la position de référence et conformément à un programme de déplacement et de montage. Des dispositifs électroniques vont maintenant être décrits à titre 10 d'exemples de réalisation non limitatifs, illustrés par le dessin dans lequel : - la figure 1 représente une coupe longitudinale d'un dispositif électronique - la figure 2 représente une vue de l'arrière vers l'avant d'un 15 capot d'encapsulation, muni d'un élément optique, du dispositif électronique de la figure 1 , et - la figure 3 représente une vue de l'arrière vers l'avant du capot d'encapsulation, sans l'élément d'optique. Un dispositif électronique 1 illustré sur les figures comprend un 20 substrat de support 2, en forme de plaque, qui présente une face arrière 3 et une face avant de montage 4 et qui inclut un réseau intégré 5 de connexions électriques d'une face à l'autre. Le substrat de support 2 est en une matière opaque. Le dispositif électronique 1 comprend une puce électronique 6 25 qui est fixée sur la face avant 4 du substrat de support 2, par l'intermédiaire d'une couche de colle (non représentée) et qui comprend dans sa face avant 7 un composant optique 8, apte à émettre ou à recevoir un rayonnement lumineux. La puce 6 est reliée électriquement au réseau de connexions électriques 5 par exemple par un ou plusieurs fils 30 électriques 9. Le dispositif électronique 1 comprend un capot d'encapsulation 10 qui est fixé au-dessus de la face avant 4 du substrat de support 2 et qui délimite une chambre 11 à l'intérieur de laquelle se situe la puce 6. Le capot d'encapsulation 10 est en une matière opaque. 4 Le capot d'encapsulation 10 présente une ouverture locale avant 12 située en avant du composant optique 8 de la puce 6. Le dispositif électronique 1 comprend un élément optique 13, apte à être traversé par un rayonnement lumineux, en forme de pastille, 5 qui est disposé dans la chambre 11 en avant de la puce 6 et qui est fixé au capot d'encapsulation 10 de sorte à recouvrir l'ouverture avant 12. Avantageusement, le capot d'encapsulation 10 comprend une paroi périphérique 14 dont le bord arrière 15 est fixé au-dessus de la périphérie de la face avant 4 du substrat de support 2, par l'intermédiaire 10 d'un cordon de colle 16, et une paroi frontale avant 17 qui est pourvue de l'ouverture avant 12 et qui présente, autour de l'ouverture avant 12, une face arrière 18 de montage de l'élément optique 13. L'élément optique 13 présente une zone centrale 19 apte à dévier la lumière et un motif de positionnement 20. Avantageusement, la zone 15 centrale 19 et le motif de positionnement 20 sont sur le côté arrière de l'élément optique 13, c'est-à-dire du côté de la puce 6. Les axes optiques du composant optique 8 de la puce 6 et de la zone centrale 19 de l'élément optique 13 et l'axe de l'ouverture locale avant 12 du capot d'encapsulation 10 sont situés sur un axe optique 20 commun, de sorte à obtenir un alignement correct, cet axe optique commun étant perpendiculaire à la face avant de la puce 6 et au substrat de support 2. L'ouverture locale avant 12 du capot d'encapsulation 10 constitue un diaphragme. Selon une variante de réalisation, l'élément optique 13 comprend 25 une pastille de base 21, par exemple en verre, et, sur une face arrière de cette pastille de base 21, c'est-à-dire du côté de la puce 6, une couche arrière 22 en polymère structurée pour former la zone centrale 18 apte à dévier la lumière et le motif de positionnement 19. Optionnellement, l'élément optique 13 comprend une couche 30 avant (non représentée), apte à former un filtre, par exemple un filtre UV. Dans le cas où le composant optique 8 de la puce 6 est un émetteur de lumière, la zone centrale 18 de la couche 22 de l'élément optique 13 est avantageusement apte à produire une dispersion 5 multidirectionnelle, vers l'extérieur au travers de la pastille 21 et de l'ouverture locale avant 12 du capot d'encapsulation 10 Dans le cas où le composant optique 8 de la puce 6 est un récepteur de lumière, la zone centrale 18 de la couche 22 de l'élément 5 optique 13 constitue avantageusement une lentille optique convergente apte à faire converger vers le composant optique 8 la lumière provenant de l'extérieur au travers de l'ouverture locale avant 12 du capot d'encapsulation 10 et de la pastille 21. Selon une variante de réalisation, la face intérieure arrière de 10 montage 18 de la paroi frontale 17 comprend des surfaces locales d'appui 23 et 24 sur lesquelles la face avant de l'élément optique 13 est en appui. L'élément optique 13 étant disposé selon une direction longitudinale, les surfaces locales d'appui 23 et 24 sont situées longitudinalement de part et d'autre de l'ouverture locale 12 et 15 rejoignent des flancs opposés de la paroi périphérique 14. La face de montage 18 de la paroi frontale 17 comprend, sur des régions opposées longitudinalement par rapport au passage traversant 4 et aux surfaces locales d'appui 23 et 24, des évidements locaux 25 et 26 en retrait ou en creux par rapport aux surfaces d'appui 23 et 24. Ces 20 évidements locaux 25 et 26 aménagent des espaces entre la face avant de l'élément optique 13 et les fonds des évidements 25 et 26 et s'étendent et sont découverts au-delà de bords opposés 27 et 28 de l'élément optique 13, c'est-à-dire non couverts par l'élément optique 13. 25 L'élément optique H est fixé à la paroi frontale 3 par l'intermédiaire de gouttes locales de colle de fixation 29 et 30 qui s'étendent localement dans les évidements 25 et 26 et qui présentent respectivement des portions 29a et 30a couvertes par des parties d'extrémité de l'élément optique 5, adjacentes à des bords opposés 13 30 et 14 de l'élément optique 5, et des portions découvertes 29b et 30b situées au-delà des bords opposés 27 et 28 de l'élément optique 5. Avantageusement, les fonds des évidements 25 et 26 présentent des bossages en saillie 31 et 32 qui sont situés à distance des bords des évidements 25 et 26 et qui présentent des faces d'extrémité qui 6 s'étendent en regard et à distance de la face avant de l'élément optique 13 et qui s'étendent au-delà des bords opposés 27 et 28 de l'élément optique 13. Les gouttes de colle 29 et 30 sont situées sur les bossages en 5 saillie 31 et 32. Néanmoins, les gouttes de colle 29 et 30 peuvent déborder au-delà des bords des bossages en saillie 31 et 32. Avantageusement, les gouttes de colle 29 et 30 n'atteignent pas les surfaces d'appui 23 et 24. Les espaces en retrait situés entre les surfaces d'appui 24 et 25 10 et passant au-dessous de l'élément optique 13 forment des canaux d'aération ou évents de la chambre 11. Le dispositif électronique 1 peut être fabriqué de la manière suivante. On dispose d'une part d'un substrat de support 2 sur lequel est 15 montée et connectée électriquement une puce 6 et d'autre part d'un capot d'encapsulation 10 préfabriqué, par exemple obtenu par un procédé d'injection, et d'un élément optique 13. A l'aide d'une seringue, on dispense des gouttes de colle 29 et 30, à l'état liquide, localement dans les évidements en creux 25 et 26 de 20 la face arrière intérieure de montage 18 du capot d'encapsulation 10. Plus précisément, on dispense des gouttes de colle 29 et 30 sur les extrémités des bossages en saillie 31 et 32. Grâce aux effets de capillarité, les gouttes de colle 29 et 30 ont tendance à rester sur les bossages en saillie 31 et 32 et ne s'écoulent pas vers le reste des 25 évidements 25 et 26. En particulier, les gouttes de colle 16 et 17, à l'état liquide, n'atteignent pas les surfaces d'appui 23 et 24. Les gouttes de colle sont par exemple à base d'époxy. A l'aide d'un outil de transfert et de positionnement, on met en place, par l'arrière du capot d'encapsulation 10, l'élément optique 13 30 en appui sur les surfaces d'appui 23 et 24, en plaçant l'axe de la zone centrale 19 apte à dévier la lumière de l'élément optique 13 selon l'axe de l'ouverture avant 12 et en plaçant le motif de positionnement 20 selon une position souhaitée en orientation de l'élément optique 13 par rapport au capot d'encapsulation 10 ou l'axe de la zone centrale 19 apte à dévier 7 la lumière de l'élément optique 13. Cette opération est réalisée en détectant le motif de positionnement 17 par l'arrière du capot d'encapsulation 10. Ce faisant, les parties d'extrémité de l'élément optique 13, adjacentes à ses bords 27 et 28, écrasent les gouttes de colle 5 29 et 30 pour former leurs portions couvertes 29a et 30a et les portions découvertes 19b et 30b. On réalise, immédiatement pendant qu'il est tenu, une étape de maintien local de l'élément optique 13 sur le capot d'encapsulation 10, au moyen d'un premier équipement (non représenté). 10 Par exemple, l'outil de transfert et de positionnement étant muni d'un équipement adapté pour l'émission d'un rayonnement lumineux ultraviolet, on active temporairement cette émission en direction des portions découvertes 29b et 30b des gouttes de colle 29 et 30, de sorte à faire durcir, au moins partiellement, les gouttes de colle 29 et 30 et à 15 induire des maintiens locaux de l'élément optique 13 sur le capot 10. Après quoi, on enlève l'outil de transfert et de positionnement. Dans une étape ultérieure, on réalise une fixation définitive de l'élément optique 13 sur le capot 10, au moyen d'un second équipement (non représenté). Par exemple, on transfère le capot d'encapsulation 10 20 dans un four de cuisson, de sorte à faire durcir complètement, à une température adaptée, les gouttes de colle 29 et 30 et induire une fixation complète de l'élément optique 13 sur le capot 10 Bien entendu, la colle choisie est apte à être durcie par un rayonnement ultraviolet et par la chaleur, par exemple une colle époxy 25 adaptée. Puis, à l'aide d'une seringue, on dispense un cordon de colle 16, à l'état liquide, sur la périphérie de la face avant 4 du substrat de support 2. Ensuite, un outil de transfert et de positionnement place le capot 30 d'encapsulation 10, muni de l'élément optique 13, dans une position de référence établie par rapport à une position fixe du substrat de support 2 et de la puce 6 montée sur le substrat de support 2, en mettant en oeuvre un outil de détection apte à détecter le motif de positionnement 20, par l'arrière du capot d'encapsulation 10. 8 Puis, depuis la position de référence et sous l'effet d'un programme de déplacement adapté, l'outil de transfert et de positionnement amène et monte le capot d'encapsulation 10 muni de l'élément optique 13 au-dessus du substrat de support 2, dans la position 5 montée décrite précédemment, le cordon de colle 16 étant alors écrasé. Ensuite, on fait durcir le cordon de colle 16 de sorte à fixer le capot d'encapsulation sur le substrat de support 2. Le dispositif électronique 1 est alors réalisé. Selon une variante de réalisation, un dispositif électronique (non 10 représenté) comprend, d'une manière générale, deux dispositifs électroniques élémentaires respectivement équivalents au dispositif électronique 1 illustré sur les figures 1 à 3, l'un comprenant une puce émettrice spécifiquement apte à émettre de la lumière vers l'extérieur et l'autre comprenant une puce réceptrice spécifiquement apte à capter la 15 lumière extéri eure. Dans ce cas, un substrat de support commun porte les puces émettrice et réceptrice, à distance l'une de l'autre. Un capot commun d'encapsulation comprend une paroi périphérique collée au-dessus de la périphérie de la face avant du 20 substrat commun de support et une cloison intérieure qui passe entre et à distance des puces émettrice et réceptrice et est collée au-dessus du substrat commun de support et qui délimite deux chambres intérieures dans lesquelles se situent respectivement les puces émettrice et réceptrice. 25 En avant respectivement des puces émettrice et réceptrice, le capot commun d'encapsulation présente des ouvertures locales avant et porte des éléments optiques spécifiques, l'élément optique situé en avant de la puce émettrice comprenant une zone centrale apte à disperser la lumière émise et l'élément optique situé en avant de la puce réceptrice 30 comprenant une zone centrale formant une lentille optique. De façon équivalente à ce qui a été décrit précédemment, les motifs de positionnement des éléments optiques sont mis en oeuvre pour monter ces éléments optiques dans des positions souhaitées sur le capot commun d'encapsulation et pour monter, depuis une position de 9 référence, le capot commun d'encapsulation au-dessus du substrat commun de support dans une position souhaitée. Selon un mode de fonctionnement, la puce émettrice émet un rayonnement lumineux vers l'extérieur et la puce réceptrice capte le 5 rayonnement lumineux extérieur. Le dispositif électronique ainsi constitué peut avantageusement détecter la présence ou l'absence d'un objet réfléchissant vers la puce réceptrice la lumière émise par la puce émettrice et donc peut constituer un détecteur de proximité. 10 Selon un exemple de montage particulier, le dispositif électronique ainsi constitué est placé en arrière d'une paroi transparente d'un appareil, dans une position telle que cette paroi transparente est en avant et à faible distance du capot commun d'encapsulation, les ouvertures locales étant dimensionnées pour protéger la puce réceptrice 15 contre le rayonnement de la puce émettrice entre ladite paroi transparente de l'appareil et le capot commun d'encapsulation. Le dispositif électronique ainsi constitué peut avantageusement être installé à l'intérieur d'un téléphone portable ou d'une tablette électronique, en arrière d'une REVENDICATIONS1. Dispositif électronique comprenant un substrat de support (2) présentant une face avant de montage, une puce électronique (6) montée sur la face avant de montage du substrat de support et pourvue dans sa face avant d'un composant optique (8), un capot d'encapsulation de la puce, qui est monté au- dessus de ladite face avant du substrat de support, qui délimite une chambre (11) dans laquelle se situe la puce et qui présente une ouverture avant (1.2) située en avant du composant optique de la puce, et 10 un élément optique (13), apte à être traversé par la hume recouvre l'ouverture avant (12) du capot d'encapsulation et qui est monté sur le capot d'encapsulation du côté de la puce. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'élément optique comprend, du côté de la puce, un motif de positionnement 15 (20). 3. Dispositif selon la revendication dans lequel l'élément optique (13) comprend une pastille de base et une couche arrière (22) située du côté de la puce et présentant une zone centrale (19) apte à dévier la lumière et un motif de positionnement (20). 20 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le capot d'encapsulation (10) présente, autour dudit passage traversant (12), une face arrière de montage (18) qui comprend au moins une surface d'appui (23) sur laquelle une face avant de l'élément optique (13) prend appui et qui comprend au moins un 25 évidement local (25) qui est en retrait par rapport à ladite surface d'appui (23), cet évidement local d'une part aménageant des espaces entre la face avant de l'élément optique (13) et le fond dudit évidement local (25) et d'autre part s'étendant et étant découvert au-delà d'un bord de l'élément optique (13) ; et dans lequel au moins une goutte de 30 colle de fixation (29, 30) de l'élément optique (13) s'étend localement dans ledit évidement local (25, 26). 5, Dispositif selon la revendication 4, dans lequel la goutte de colle présente une portion couverte (29a) entre l'évidement local (25) 11 et l'élément optique (13) et une portion découverte (291?) qui s'étend au-delà dudit bord (27) de r é igue. 6, Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, dans lequel le fond de l'évidement local (25) présente un bossage en saillie (31) qui s'étend en regard et à distance de la face avant de l'élément optique (13), ladite goutte de colle de fixation (29) s'étendant sur ce bossage en saillie (31), 7. Dispositif selon la revendication lequel le bossage en saillie (31) présente une portion couverte par l'élément optique (13) et une portion découverte située au-deln dudit bord de l'élément optique. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel ledit évidement local (25) est situé à distance dudit passage traversant (12) et séparé de ce passage traversant par ladite surface d'appui (23). 15 9. Procédé de fabrication d'un dispositif électronique, criant les étapes suivantes disposer d'une part d'un substrat de support (2) sur une face avant duquel est montée au moins une puce électronique (6) comprenant un composant optique (8) et d'autre part d'un capot d'encapsulation (10) 20 présentant une ouverture avant (12) et d'un élément optique (13) apte à laisser passer la lumière, monter l'élément optique le capot d'encapsulation, arrière de ladite ouverture avant, monter le capot d'encapsulation (10) au-dessus de la face avant 25 du substrat de support (2), dans une position telle que la puce soit située dans une chambre (11) délimitée par le capot d'encapsulation et que l'élément optique (13) soit en avant du composant optique (8) de la puce (6), les axes optiques du composant optique (8) de la puce (6) et de l'élément optique (13) étant situés sur un axe optique commun, 30 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le montage du capot d'encapsulation comprend les étapes suivantes placer le capot d'encapsulation muni de l'élément optique dans une position de référence, 12 détecter un motif de positionnement de l'élément optique par l'arrière du capot d'encapsulation, par rapport à une position du substrat de support ou de la puce montée sur le substrat de support, et déplacer et monter le capot d'encapsulation au-dessus du substrat de support, depuis la position de référence et conformément à un programme de déplacement et de montage.