Brevet FR3100380A1 — publié le 20210305

Description Titre de l'invention : Dispositif électronique comprenant des composants électroniques optiques et procédé de fabrication [0001] La présente invention concerne le domaine de la microélectronique et plus particu- lièrement le domaine des dispositifs électroniques comprenant des puces électroniques incluant des éléments optiques intégrés d'émission et/ou de réception de la lumière. [0002] Des dispositifs électroniques connus comprennent un substrat de support incluant un réseau de connexions électriques, une puce électronique d'émission de la lumière et une puce électronique de réception de la lumière, montées, à distance, au-dessus d'une face du substrat de support, et un capot d'encapsulation monté sur ladite face du substrat de support et délimitant des chambres dans lesquelles sont situées respectivement les puces électroniques, cc capot d'encapsulation présentant des ouvertures en face des éléments optiques des puces électroniques dans lesquels sont généralement prévus des filtres dc la lumière. [0003] De tels dispositifs électroniques nécessitent un grand nombre d'opérations de fa- brication et de montage. [0004] Selon un mode dc réalisation, il est proposé un dispositif électronique qui comprend : [0005] un substrat diélectrique opaque de support et de confinement qui comprend plusieurs couches laminées les unes au-dessus des autres, dont une couche arrière pleine et un cadre avant qui comprend une paroi périphérique et une cloison intermédiaire, de sorte à délimiter, de part et d'autre dc cette cloison intermédiaire et au-dessus dc la couche arrière pleine, deux cavités, [0006] des puces électroniques respectivement situées dans les cavités et montées au-dessus de la couche arrière pleine, ces puces incluant des éléments optiques intégrés, [0007] des connexions électriques entre les puces et des contacts électriques arrière dc la couche arrière pleine, et [0008] des blocs transparents d'encapsulation, moulés dans les cavités, dans lesquels les puces sont noyées. [0009] Les dispositions ci-dessus sont particulièrement bien adaptées notamment dans le cas où les puces présentent de faibles épaisseurs car le substrat de support et de confinement peut aussi présenter une faible épaisseur, conduisant à un dispositif de faible épaisseur. [0010] Les connexions électriques peuvent comprendre des contacts électriques dans les cavités. [0011] Les connexions électriques peuvent comprendre des vins de connexion électrique traversant la couche arrière. 2 [0012] Les connexions électriques peuvent comprendre des contacts électriques au-dessus de la couche arrière. [0013] Le cadre avant peut comprendre au moins une couche au-dessus de la couche arrière, pourvue d'ouvertures aménageant les cavités. [0014] Le cadre avant peut comprendre une première couche au-dessus de la couche arrière et une deuxième couche au-dessus de la première couche, la première couche présentant des portions en saillie dans les cavités par rapport à la deuxième couche. [0015] Les connexions électriques peuvent comprendre des contacts électriques aménagés au-dessus des portions en saillie de la deuxième couche. [0016] Les connexions électriques peuvent comprendre des contacts électriques aménagés au-dessus des portions en saillie de la deuxième couche. [0017] Les connexions électriques peuvent comprendre des vias de connexion électrique traversant les portions en saillie de la deuxième couche. [0018] Les blocs d'encapsulation peuvent inclure des particules de filtrage de la lumière. [0019] Le dispositif peut comprendre des pastilles optiques, filtrant la lumière, au-dessus des blocs d'encapsulation et en regard des éléments optiques de puces, et une couche avant opaque au-dessus du cadre et des blocs d'encapsulation et pourvue d'ouvertures aux endroits des pastilles optiques. [0020] L'élément optique de l'une des puces électroniques peut être un émetteur de lumière et l'élément optique de l'autre des puces électroniques peut être un récepteur de lumière. [0021] Des dispositifs électroniques vont maintenant être décrits à titre d'exemples de réa- lisation non limitatifs, illustrés par le dessin annexé dans lequel [0022] [fig.1] représente en coupe un dispositif électronique incluant des puces électroniques optiques, [0023] [fig.2] représente une vue en perspective éclatée des couches d'un substrat de support et de confinement du dispositif électronique de la figue 1, [0024] [fig.3] [0025] [fig.4] [0026] [fig.5] et [0027] [fig.6] représentent des étapes de fabrication du dispositif électronique de la figure 1, [0028] [fig.7] représente en coupe une variante de réalisation du dispositif électronique de la figure 1, et [0029] [fig.8] représente en coupe un dispositif électronique incluant des puces électroniques optiques. [0030] Un dispositif électronique 1 illustré sur la figure 1 comprend un substrat de support et de confinement 2 qui comprend plusieurs couches empilées et laminées les unes au-dessus des autres. 3 [0031] Le substrat de support et de confinement 2 comprend une couche arrière pleine 3 et un cadre avant 4 qui comprend une paroi périphérique 5 et une cloison intermédiaire 6 qui rejoint deux branches opposées de la paroi périphérique 5, de sorte à délimiter, de part et d'autre de la cloison intermédiaire 6 et au-dessus de la couche arrière pleine 3, deux cavités 7 et 8. [0032] Le substrat de support et de confinement 2 est en une matière diélectrique opaque, par exemple en une résine époxy. [0033] La couche arrière pleine 3 et le cadre avant 4 présentent des contours par exemple carrés ou rectangulaires qui coïncident. Le cadre avant 4 présente des branches longitudinales opposées et des branches transversales opposées, la cloison intermédiaire 6 rejoignant les branches longitudinales. [0034] Plus spécifiquement, le cadre avant 4 comprend une première couche 9 au-dessus de la couche arrière pleine 3 et une deuxième couche 10 au-dessus de la première couche 9. La première couche 9 et la deuxième couche 10 présentent des contours qui coïncident. [0035] La première couche 9 présente des ouvertures 11 et 12 et la deuxième couche présentent des ouvertures 13 et 14. Les ouvertures 11 et 12 et les ouvertures 13 et 14, situées respectivement les unes au-dessus des autres, aménagent les cavités 7 et 8. [0036] La première couche 9 présente des portions 15 et 16 en saillie dans les cavités 7 et 8 par rapport à la deuxième couche 10 en formant des marches. [0037] Par exemple, comme illustré sur les figures 1 et 2, la première couche 9 et la deuxième couche 10 présentent des contours qui coïncident. Les branches longitudinales 9a et 10a de la première couche 9 et de la deuxième couche 10 présentent la même largeur. Les portions en saillie 15 et 16 résultent de ce que les branches transversales 9b de la première couche 9 sont plus larges que les branches transversales 10b de la deuxième couche 10. Les branches intermédiaires 9c et 10c de la première couche 9 et de la deuxième couche 10 présentent la même largeur et sont l'une au-dessus de l'autre en formant la cloison intermédiaire 6. [0038] Le dispositif électronique 1 comprend des puces électroniques optiques 17 et 18 res- pectivement situées dans les cavités 7 et 8 et montées au-dessus de la couche arrière pleine 3 par l'intermédiaire de couches de colle 19 et 20 interposées entre la face avant de la couche arrière pleine 3 et les faces arrière des puces 17 et 18. Les puces 17 et 18 incluent des éléments optiques intégrés 21 et 22 orientés du côté ou en regard des faces avant de ces puces 17 et 18. [0039] Par exemple, l'élément optique 21 de la puce 17 est un émetteur de lumière et l'élément optique 22 de la puce 18 est un récepteur de lumière. [0040] Le dispositif électronique 1 comprend des connexions électriques 23 et 24 qui relient les puces 17 et 18 et des contacts électriques arrière 25 et 26 de la face arrière de la couche arrière pleine 3 du substrat de support et de confinement 2, en passant au travers de la couche arrière pleine 2 et de la première couche 10 du cadre avant 4. [0041] Les contacts électriques arrière 25 et 26 sont destinés à être connectés à des plots d'un réseau de connexions électriques d'un substrat de réception au-dessus duquel le dispositif électronique 1 est monté, ce substrat de réception portant des composants électroniques aptes à échanger des signaux électriques avec les puces 17 et 18 par l'intermédiaire du réseau de connexions électriques du substrat de réception et des connexions électriques 23 et 24. [0042] Les connexions électriques 23 et 24 comprennent des vias de connexion électrique 27 et 28 qui traversent la couche arrière pleine 3 et qui présentent, dans les cavités 7 et 8, des contacts électriques qui sont reliés à des contacts électriques arrière des puces 17 et 18 par l'intermédiaire des couches de colle 19 et 20, conductrices de l'électricité. [0043] Les connexions électriques 23 et 24 comprennent des vias de connexion électrique 29 et 30 qui traversent la couche arrière pleine 3 et des vias de connexion électrique 31 et 32 qui traversent les portions en saillie 15 et 16 de la première couche 9 du cadre 4. [0044] Les vias de connexion électrique 29 et 30 et les vias de connexion électrique 31 et 32 sont les uns en alignement avec les autres et connectés entre eux dans le plan de joint entre la couche arrière 3 et la première couche 9. Les connexions électriques 23 et 24 comprennent des fils électriques qui relient, dans les cavités 7 et 8, les extrémités avant des vias de connexion électrique 31 et 32 et des contacts électriques avant des puces 17 et 18. [0045] Optionnellement, le substrat de support et de confinement 2 peut inclure un réseau de connexions électriques permettant des liaisons électriques entre les puces 17 et 18 et entre ces dernières et des contacts électriques amère de la couche arrière pleine 3. [0046] Le dispositif électronique 1 comprend des blocs transparents diélectriques d'encapsulation 35 et 36, moulés dans les cavités 7 et 8, dans lesquels les puces 17 et 18 et les fils électriques 33 et 34 sont noyés. [0047] Les blocs transparents d'encapsulation 35 et 36 sont par exemple en une résine époxy. [0048] Avantageusement, les faces avant 35a et 36a des blocs transparents d'encapsulation 35 et 36, sont situés dans le même plan que la face avant 10a de la deuxième couche 10. [0049] Le dispositif électronique 1 peut être fabriqué individuellement ou selon un mode de fabrication collective que l'on va maintenant décrire. [0050] Comme illustré sur la figure 3, on dispose d'une couche arrière collective 3A, d'une première couche collective 9A et d'une deuxième couche collective 10A, que l'on empile en mettant en coïncidence des emplacements E correspondant à des dispositifs électroniques 1 à fabriquer. Les emplacements E sont avantageusement adjacents et sont établis selon des lignes et des colonnes. [0051] Dans chaque emplacement E, la couche arrière collective 3A est pourvue des vias de connexion électrique 27, 28, 29 et 30, la première couche collective 9A est pourvue des vias de connexion électrique 31 et 32 et présente les ouvertures 11 et 12 et la deuxième couche collective 10A présente les ouvertures 13 et 14. [0052] On réalise un laminage de compression des couches les unes sur les autres de sorte qu'elles adhèrent les unes aux autres et forment une unité et que s'établissent des liaisons électriques entre les vias de connexion électrique 29, 31 et 30, 32 le plan de joint entre les couches 3A et 9A. [0053] On obtient alors un substrat collectif de support et de confinement 2A pourvu de connexions électriques. [0054] Après quoi, comme illustré sur la figure 4, on monte et on fixe, dans les cavités 7 et 8 de chaque emplacement E et au-dessus de la couche arrière collective 3A, les puces 17 et 18, par l'intermédiaire des couches de colle conductrices 19 et 20 qui établissent des liaisons électriques entre les vias de connexion électrique 27 et 28 et les puces 17 et 18. [0055] Après quoi, comme illustré sur la figure 5, on met en place, dans chaque em- placement E les fils électriques 33 et 34 entre les puces 17 et 18 et les extrémités avant des vias de connexion électrique 31 et 32. [0056] Après quoi, comme illustré sur la figure 6, on procède au remplissage, dans chaque emplacement E, des cavités 7 et 8 d'une matière coulante, par exemple d'une résine. Cette opération peut être réalisée dans un moule adapté, avec éventuellement interposition d'un film pour éviter les bavures de résille. Après quoi, on fait durcir la matière par exemple par cuisson de sorte à former les blocs transparents d'encapsulation 35 et 36 moulés dans les cavités 7 et 8. [0057] Après quoi, on procède à une découpe totale 37 au travers du substrat collectif de support et de confinement 2A, selon les lignes et les colonnes des séparations entre les emplacements E. [0058] On obtient ainsi une pluralité de dispositifs électroniques singulés aux endroits des emplacements E, chacun correspondant à un dispositif électronique 1 décrit en référence à la figure 1. [0059] Selon une variante de réalisation, la matière constituant les blocs d'encapsulation 35 et 36 inclut des particules spécifiques aptes à constituer un filtre de lumière, des rayonnements infrarouges. [0060] Selon une autre variante de réalisation illustrée sur la figure 7, le dispositif élec- tronique 1 comprend en outre des pastilles optiques 38 et 39 laissant passer la lumière, constituant par exemple des filtres de la lumière, en particulier des filtres des rayonnements infrarouges, qui sont situées au-dessus des faces avant 35a et 36a blocs d'encapsulation 35 et 36, en regard des éléments optiques 21 et 22 des puces 17 et 18. 6 [0061] Par exemple, les pastilles optiques 38 et 39 sont en une résine filtrante. [0062] Le dispositif électronique 1 comprend en outre une couche avant opaque 40 qui recouvre les faces avant 35a et 36a des blocs d'encapsulation 35 et 36 et la face avant 10a de la deuxième couche 10. La couche avant 40 présente des ouvertures 41 et 42 en regard des éléments optiques 21 et 22 des puces 17 et 18. La couche avant opaque 40 peut être en une résine époxy. La couche avant opaque 40 peut être réalisée in situ ou peut être un film rapporté. [0063] Les pastilles optiques 38 et 39 coïncident avec les ouvertures 41 et 42 de la couche avant 4. [0064] La mise en place des pastilles optiques 38 et 39 et de la couche avant 40 est réalisée sur la base et à la suite du dispositif collectif décrit en référence à la figure 6. [0065] Selon une variante de fabrication, on fixe, dans chaque emplacement E, les pastilles optiques 38 et 39 au-dessus des faces avant 35a et 36a des blocs d'encapsulation 35 et 36. Puis on réalise une couche avant collective opaque en aménageant les ouvertures 41 et 42. Cette opération peut être réalisée par pulvérisation. Cette couche avant collective peut être formée par un film collectif pourvu des ouvertures 38 et 39 et assemblé par exemple par laminage. Après quoi, on réalise la découpe 37 décrite précédemment, également au travers de la couche avant opaque collective. [0066] Selon une autre variante de fabrication, on dispose d'une couche avant opaque collective pourvue de pastilles optiques 38 et 39 dans des emplacements E. On place cette couche avant collective au-dessus de la deuxième couche collective 10A et des blocs d'encapsulation 35 et 36 du dispositif collectif décrit en référence à la figure 6 et on assemble cette couche collective par exemple par laminage. Après quoi, on réalise la découpe 37 décrite précédemment, également au travers de la couche avant opaque collective. [0067] Selon une variante de réalisation illustrée sur la figure 8, un dispositif électronique 101 comprend, de façon équivalente au dispositif électronique 1, un substrat diélectrique opaque de support et de confinement 102, laminé, qui comprend une couche arrière pleine 103 et un cadre avant 104, de sorte à délimiter, au-dessus de la couche arrière pleine 3, deux cavités 105 et 106. [0068] Cette fois, le cadre avant 104 comprend une couche 107 qui présente des ouvertures 107a et 107b de sorte à former une paroi périphérique 108 et une cloison intermédiaire 109 qui rejoint deux branches opposés de la paroi périphérique 108, les cavités 105 et 106 étant formées de part et d'autre de cette cloison intermédiaire. [0069] Des puces électroniques optiques 110 et 1 1 1 sont disposées dans les cavités 105 et 106 et sont fixées au-dessus de la couche arrière 103 par l'intermédiaire de couches de colle 112 et 113. [0070] Des connexions électriques 114 et 115 relient les puces 110 et 111 à des contacts 7 électriques arrière 116 et 117. [0071] Les connexions électriques 114 et 115 comprennent des vias de connexion électrique 118 et 119, équivalents aux vias de connexion électrique 27 et 28 du dispositif électronique 1, qui traversent la couche arrière 103 et qui sont connectés aux puces 110 et 111 par l'intermédiaire des couches de colle conductrices 112 et 113. [0072] Les connexions électriques 114 et 115 comprennent des vias de connexion électrique 120 et 121, équivalents aux vias de connexion électrique 29 et 30 du dispositif électronique 1, qui traversent la couche arrière 103. Cette fois, des fils électriques 122 et 123 relient, dans les cavités 105 et 106, les extrémités des vias de connexion électrique 120 et 121 à des contacts électriques avant des puces 110 et 111. [0073] Les puces 110 et 111 et les fils électriques 122 et 123 sont noyés dans des blocs transparents d'encapsulation 124 et 125 moulés dans les cavités 105 et 106, équivalents aux blocs transparents d'encapsulation 35 et 36 du dispositif électronique 1. [0074] Le dispositif électronique 101 est fabriqué de façon équivalente au dispositif électrique 1. [0075] On fabrique le substrat diélectrique de support et de confinement 102 en laminant la couche arrière 103, pourvue des vias de connexion électriques 118, 119, 120 et 121, et la couche 107 formant le cadre 104. [0076] Puis on fixe les puces 110 et 111 dans les cavités 105 et 106 au-dessus de la couche arrière 103. [0077] Puis on met en place les fils électriques 122 et 123. [0078] Puis on remplit des cavités 105 et 106 de sorte à former les blocs d'encapsulation 124 et 125. [0079] La matière constituant les blocs d'encapsulation 124 et 125 peut inclure des particules de sorte à filtrer la lumière. [0080] Le dispositif électronique 101 peut être pourvu, au-dessus des blocs d'encapsulation 124 et 125, de pastilles optiques formant des filtres de la lumière, en regard des éléments optiques des puces, et d'une couche avant opaque au-dessus des blocs d'encapsulation 124 et 125 et de la couche 107, équivalentes aux pastilles optiques 38 et 39 et à la couche avant 40 décrites précédemment en référence à la figure 7. 8 REVENDICATIONS[Revendication 1] Dispositif électronique comprenant un substrat diélectrique opaque de support et de confinement (2, 102) qui comprend plusieurs couches laminées les unes au-dessus des autres, dont une couche arrière pleine (3, 103) et un cadre avant (4, 104) qui comprend une paroi périphérique (5, 108) et une cloison intermédiaire (6, 109), de sorte à délimiter, de part et d'autre de cette cloison intermédiaire et au-dessus de la couche arrière pleine, deux cavités (7, 8 ; 105, 106), des puces électroniques (17, 18 ; 110, 111) respectivement situées dans les cavités et montées au-dessus de la couche arrière pleine, ces puces incluant des éléments optiques intégrés (21, 22), des connexions électriques (23, 24 ; 114, 115) entre les puces et des contacts électriques arrière de la couche arrière pleine, des blocs transparents d'encapsulation (35, 36 ; 124, 125), moulés dans les cavités, dans lesquels les puces sont noyées. [Revendication 2] Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les connexions électriques comprennent des contacts électriques dans les cavités. [Revendication 3] Dispositif selon rune des revendications 1 et 2, dans lequel les connexions électriques comprennent des vias de connexion électrique traversant la couche arrière. [Revendication 4] Dispositif selon rune quelconque des revendications précédentes, dans lequel les connexions électriques comprennent des contacts électriques au-dessus de la couche arrière. [Revendication 5] Dispositif selon rune quelconque des revendications précédentes, dans lequel le cadre avant comprend au moins une couche au-dessus de la couche arrière, pourvue d'ouvertures aménageant les cavités. [Revendication 6] Dispositif selon rune quelconque des revendications précédentes, dans lequel le cadre avant comprend une première couche (9) au-dessus de la couche arrière (3) et une deuxième couche (10) au-dessus de la première couche, la première couche présentant des portions (15, 16) en saillie dans les cavités par rapport à la deuxième couche. [Revendication 7] Dispositif selon la revendication 6, dans lequel les connexions électriques comprennent des contacts électriques aménagés au-dessus des portions en saillie de la première couche. [Revendication 8] Dispositif selon la revendication 6, dans lequel les connexions électriques comprennent des vias de connexion électrique traversant les 9 [Revendication 9] portions en saillie de la première couche. [Revendication 10] Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les blocs d'encapsulation incluent des particules de filtrage de la lumière. [Revendication 11] Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant des pastilles optiques (38, 39), filtrant la lumière, au-dessus des blocs d'encapsulation et en regard des éléments optiques de puces, et une couche avant opaque (40) au-dessus du cadre et des blocs d'encapsulation et pourvue d'ouvertures aux endroits des pastilles optiques. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément optique de l'une des puces électroniques est un émetteur de lumière et l'élément optique de l'autre des puces électroniques est un récepteur de lumière.