Brevet FR3096837A1 — publié le 20201204

Description Titre de l'invention : Dispositif électronique comprenant une antenne électromagnétique intégrée [0001] La présente invention concerne le domaine des dispositifs électroniques pourvus de puces électroniques et d'antennes électromagnétiques pour l'émission et/ou la réception de signaux électromagnétiques. [0002] Dans l'état de la technique, il existe des dispositifs électroniques qui comprennent un substrat diélectrique multicouches de support incluant un réseau intégré de connexions électriques et au moins une puce montée sur une face frontale du substrat de support et connectée au réseau de connexions électriques. Pour l'émission et/ou la réception de signaux électromagnétiques, de tels dispositifs électroniques sont pourvus d'une antenne électromagnétique, appelée généralement à couplage capacitif par fente, qui comprend un élément excitateur et un élément résonateur qui sont intégrés dans des niveaux métalliques du substrat diélectrique de support. [0003] Néanmoins, l'intégration du réseau de connexions électriques et de l'antenne électro- magnétique nécessite la fabrication d'un substrat diélectrique de support présentant d'un grand nombre de couches diélectriques superposées et nécessite une adaptation difficile du positionnement et du dimcnsionnement de l'antenne par rapport au réseau de connexions électriques. [0004] La présente invention a notamment pour but dc réduire ces inconvénients. [0005] Selon un mode de réalisation, il est proposé un dispositif électronique qui comprend une première unité indépendante comprenant un substrat de support incluant un réseau intégré de connexions électriques, au moins une puce électronique montée au-dessus d'une face frontale du substrat dc support et une deuxième unité indépendante comprenant un support diélectrique, dans lequel la deuxième unité est rapportée au-dessus de la première unité, du côté de la face frontale de cette première unité, et qui comprend au moins unc antenne électromagnétique comprenant un élément excitateur et un élément résonateur, le substrat de support étant pourvu de l'élément excitateur et le support diélectrique étant pourvu dc l'élément résonateur. [0006] Ainsi, l'intégration de l'antenne électromagnétique est simplifiée. [0007] L'élément excitateur peut comprendre une plaque ou couche métallique locale de masse pourvue d'une fente et une ligne d'alimentation en regard de cette fente. [0008] Le réseau de connexions élecniques du substrat de support peut comprendre de plots métalliques de connexion électrique aménagés dans la face frontale, la plaque ou couche métallique locale de masse étant dans le même niveau métallique que ces plots de connexion électrique et la ligne d'alimentation est aménagée dans un niveau mé- 2 tallique situé au-dessous du niveau métallique contenant la plaque ou couche métallique locale de masse. [0009] L'élément résonateur peut comprendre une plaque ou couche métallique locale. [0010] Le support diélectrique peut comprendre un substrat diélectrique, l'élément ré- sonateur étant intégré et aménagé du côté de l'une des faces de ce substrat diélectrique. [0011] Le dispositif peut comprendre des moyens de montage de la deuxième unité au- dessus de la première unité. [0012] Les moyens de montage peuvent être interposés entre la première unité et une face arrière du support diélectrique de la deuxième unité. [0013] Les moyens de montage peuvent comprendre des éléments de montage interposés entre la face frontale du substrat de support de la première unité et la face arrière du support diélectrique de la deuxième unité. [0014] Les éléments de montage peuvent être interposés et soudés entre des plots de la face frontale du substrat de support de la première unité et des plots la face arrière du support diélectrique de la deuxième unité. [0015] La première unité peut comprendre un bloc d'encapsulation au-dessus de la face frontale, dans lequel la puce est noyée, les moyens de montage pouvant comprendre une couche de colle entre une face du bloc d'encapsulation et une face arrière du support diélectrique de la deuxième unité. [0016] Le dispositif peut comprendre des moyens de connexion électrique de l'élément ré- sonateur de la deuxième unité au réseau de connexions électriques de la première unité. [0017] Le dispositif peut comprendre un substrat diélectrique de réception présentant une face frontale au-dessus de laquelle est montée la première unité, du côté d'une face arrière du substrat diélectrique de support de la première unité, [0018] Le dispositif peut comprendre des moyens de montage de la deuxième unité au- dessus du substrat diélectrique de réception. [0019] Les moyens de montage peuvent être interposés entre une face arrière de la deuxième unité et une face frontale du substrat diélectrique de réception et passent latéralement et à distance de la première unité. [0020] Les moyens de montage peuvent comprendre des colonnes dont les extrémités sont fixées au-dessus de la face arrière de la deuxième unité et de la face frontale du substrat diélectrique de réception. [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 une coupe d'un dispositif électronique incluant une antenne électro- magnétique, [0023] [fig.2] représente une coupe d'un autre dispositif électronique incluant une antenne électromagnétique, 3 [0024] [fig.3] représente une coupe d'un autre dispositif électronique incluant une antenne électromagnétique, et [0025] [fig.4] représente une coupe d'un autre dispositif électronique incluant une antenne électromagnétique. [0026] Selon une variante de réalisation illustrée sur la figure 1, un dispositif électronique 1 comprend une première unité indépendante 2 et une deuxième unité indépendante 3 rapportée ou située au-dessus de la première unité indépendante 2. [0027] La première unité 2 et la deuxième unité 3 sont dites « indépendantes » par le fait qu'elles sont fabriquées de façon indépendante et que, donc, le dispositif électronique 1 est hétérogène. [0028] La première unité 2 comprend un substrat diélectrique de support 4, sous la forme d'une plaquette, qui présente une face frontale 5 et une face arrière 6 et qui inclut un réseau intégré de connexions électriques 7. [0029] Le réseau intégré de connexions électriques 7 comprend des pistes métalliques qui s'étendent dans des niveaux métalliques formés entre des couches diélectriques superposées du substrat de support 4 et des vias métalliques reliant ces pistes au travers de ces couches. Lc réseau intégré de connexions électriques 7 comprend également des plots métalliques avant 8 qui sont inclus dans la face frontale 5 et des plots métalliques arrière 9 qui sont inclus dans la face arrière 6 du substrat de support 4. [0030] La première unité 2 comprend au moins une puce électronique 10 qui est montée au- dessus de la face frontale 5 du substrat de support 4 par l'intermédiaire d'éléments de connexion électrique 11, par exemple des billes métalliques, interposés et soudés entre au moins certains des plots avant 8 du substrat de support 4 et au moins certains de plots 12 de la puce 10. La puce 10 peut ainsi être connectée à au moins certains des plots arrière 9 du substrat de support 4. [0031] La première unité 2 est pourvue d'un élément excitateur 13 qui constitue une partie d'une antenne électromagnétique 14 et qui est porté par le substrat de support 4. L'élément excitateur 13 est situé dans une zone non recouverte par la puce 10. [0032] Spécifiquement, l'élément excitateur 13 comprend une ligne intégrée d'alimentation ou de transmission 15 et une plaque ou couche métallique locale de masse 16 pourvue d'une fente locale 17. [0033] La plaque ou couche métallique locale de masse 16 s'étend par exemple dans le même niveau métallique que les plots avant 8 du réseau de connexions électriques 7. Ainsi, les plots avant 8 et la plaque ou couche métallique locale de masse 16 peuvent être réalisés au cours des mêmes opérations de fabrication. [0034] La ligne intégrée d'alimentation ou de transmission 15 s'étend dans un niveau mé- tallique du substrat de support 4 situé au-dessous du niveau métallique de la plaque ou couche métallique de masse 16, au moins en partie au-dessous de la fente locale 17, et est reliée au réseau de connexions électriques 7, de sorte à être connecté par exemple à au moins un plot 12 de la puce 10. [0035] La deuxième unité 3 comprend un support diélectrique 18, sous la forme d'une plaquette, qui présente une face arrière 19 en regard de la première unité 3, du côté de la face frontale 5, et une face frontale 20. [0036] Selon cette variante de réalisation, le support diélectrique 18 est formé par un substrat diélectrique. [0037] Le dispositif électronique 1 comprend des moyens de montage 21 de la deuxième unité 3 au-dessus de la première unité 2. Les moyens de montage 21 sont distants les uns des autres et répartis de façon adaptée. Par exemple, ses moyens de montage 21 peuvent être agencé dans le voisinage des coins et/ ou de milieux des bords de la première unité 2 et/ou de la deuxième unité 3. [0038] Les moyens de montage 21 sont formés de la manière suivante. [0039] Le substrat de support 4 comprend des plots métalliques avant spécifiques de montage 22 qui sont intégrés dans sa face frontale 5 et aménagés dans le même niveau métallique que les plots métalliques avant 8. Les plots spécifiques de montage 22 ne sont pas reliés au réseau de connexions électriques 7. Les plots avant 8 et les plots avant de montage 22 peuvent être réalisés au cours des mêmes opérations de fabrication. [0040] Le support diélectrique 18 comprend des plots métalliques arrière spécifiques de montage 23 intégrés dans sa face an-ière 19, dans un niveau métallique arrière. [0041] Les moyens de montage 21 comprennent des éléments métalliques de montage 21a qui sont interposés et soudés entre les plots avant de montage 22 du substrat de support 4 et les plots arrière de montage 23 du support diélectrique 18. [0042] Avantageusement, la première unité 2 est pourvue d'un bloc d'encapsulation 24 formé sur la face avant 5 du substrat de support 4, dans lequel la puce 10 est noyée. [0043] Le bloc d'encapsulation 24 est pourvu de trous traversants 24a dans lesquels les éléments de connexion électrique sont placés. [0044] La deuxième unité 3 est pourvue d'un élément résonateur 25, qui forme une autre partie de l'antenne électromagnétique 14 et qui est porté par le support diélectrique 18. [0045] Spécifiquement, l'élément résonateur 25 de l'antenne électromagnétique 14 est formé par une plaque ou couche métallique locale 26 intégrée dans la face frontale 20 de support diélectrique 18, dans un niveau métallique avant. [0046] La plaque ou couche métallique locale 26 est située au-dessus de la plaque ou couche métallique locale 16 de l'élément excitateur 13. [0047] L'élément excitateur 13 et l'élément résonateur 25 de l'antenne électromagnétique 14 sont tels qu'il existe entre eux un couplage capacitif. [0048] Lorsque la ligne intégrée d'alimentation ou de transmission 15 de l'élément ex- citateur 13 est soumise à un signal électrique modulé, issu par exemple de la puce 10 via le réseau de connexions électriques 7, la ligne intégrée d'alimentation ou de transmission 15 rayonne au travers de la fente 17 de la plaque ou couche de niasse 16 de sorte à faire résonner la plaque ou couche métallique locale 26 de l'élément résonateur 25. L'antenne électromagnétique 14 émet alors un signal électromagnétique correspondant au signal électrique de la ligne d'alimentation ou de transmission 15. [0049] Inversement, lorsque l'antenne électromagnétique 14 est soumise à un signal électro- magnétique, ce signal est capté et le signal électrique correspondant de la ligne d'alimentation ou de transmission 15 peut être transmis par exemple à la puce électronique 10 via le réseau de connexions électriques 7. [0050] Selon un exemple de réalisation, la plaque ou couche métallique locale 15 présente un pourtour rectangulaire et la fente 17 est aménagée au travers de sa zone centrale et présente quatre branches opposées deux à deux. La plaque ou couche métallique locale 25 présente un pourtour rectangulaire. D'autres formes sont possibles. [0051] Selon une variante de réalisation, la plaque ou couche métallique locale 26 de l'élément résonateur 25 pourrait être aménagée dans la face arrière 19 du support diélectrique 18, dans le même niveau métallique arrière que les plots arrière 23. [0052] Selon une autre variante de réalisation illustrée sur la figure 2, un dispositif élec- tronique 27 comprend la première unité 2 du dispositif électronique 1, sans les plots avant de montage 22 et sans les trous 24a dans le bloc d'encapsulation 24, et la deuxième unité 3 du dispositif électronique 1, sans les plots arrière de montage 23. Les éléments de montage 21 sont également inexistants. [0053] Dans ce dispositif électronique 27, la deuxième unité 3 est montée au-dessus de la première unité 2 par l'intermédiaire de moyens de montage 28 constitués par une couche de colle 29 interposée entre une face frontale 30 du bloc d'encapsulation 24 de la première unité 2 et la face arrière 19 du support diélectrique 18 de la deuxième unité 3. [0054] Selon une autre variante de réalisation illustrée sur la figure 3, un dispositif élec- tronique 31 se différencie du dispositif électronique 1 par le fait qu'il comprend en outre une connexion électrique 32 entre le réseau de connexions électriques 7 de la première unité 2 et l'élément résonateur 25 de la deuxième unité 3, afin de relier l'élément résonateur 25 à la puce 10 et/ou à un plot arrière 8 du substrat de support 4. [0055] La connexion électrique 32 comprend un plot avant 33 aménagé dans la face frontale 5 du substrat de support 4, dans le même niveau métallique que les plots avant 8, un via de connexion 34, qui traverse le support diélectrique 18 et dont l'extrémité avant est relié à la plaque ou couche métallique 26 de l'élément résonateur, et un plot arrière 35 aménagé dans la face arrière 19 du support diélectrique 18. [0056] La connexion électrique 32 comprend en outre un élément de connexion électrique 6 36, par exemple une bille métallique, qui est interposé et soudé entre le plot avant 33 et le plot arrière 35, l'élément de connexion électrique 36 étant situé dans un trou 37 du bloc d'encapsulation 24. [0057] La connexion électrique 32 peut également être introduite dans le dispositif élec- tronique 27 de la figure 2. [0058] Selon une autre variante de réalisation illustrée sur la figure 4, un dispositif élec- tronique 38 comprend une première unité 2 et une deuxième unité 3, qui sont en soi équivalentes à celles de la variante de réalisation décrite en référence à la figure 2. [0059] Cette fois, la deuxième unité 3 est rapportée ou située au-dessus de la première unité 2 mais n'est pas directement fixée à cette dernière, la face frontale 30 de la première unité 2 étant comme précédemment en regard de la face arrière 19 de la deuxième unité 3. [0060] Le dispositif électronique 38 comprend en outre un substrat diélectrique de réception 39, en forme de plaque, dont une face frontale 40 est située en regard et à distance de la face arrière 6 du substrat de support 4. [0061] Le substrat de réception 39 comprend un réseau intégré de connexions électriques 41 pourvu de plots avant de connexion électrique 42 aménagés dans sa face frontale 39. [0062] Pour connecter le substrat de support 4 et le substrat de réception 39, des éléments de connexion électrique 43 sont interposés et soudés entre les plots arrière 9 du substrat de support 4 de la première unité 2 et les plots avant 42 du substrat de réception 39. [0063] Dans le dispositif électronique 38, la deuxième unité 3 est maintenue au-dessus et à distance de la première unité 2 par l'intermédiaire de moyens de montage 44 qui s'étendent latéralement et à distance de la première unité 2 et qui sont interposés entre le substrat de réception 39 et le support diélectrique 18 de la deuxième unité 3, dans une position telle que la plaque ou couche métallique 26 de l'élément résonateur 25 de la deuxième unité 3 soit en face de la plaque ou couche métallique 16 de l'élément excitateur 25 de la première unité 2. [0064] La plaque ou couche métallique 26 de l'élément résonateur 25 peut être aménagée soit dans la face arrière 19 soit dans la face avant 20 du substrat diélectrique 18. [0065] Les moyens de montage 44 comprennent par exemple des colonnes 45 distantes les unes des autres, dont les extrémités sont respectivement fixées au-dessus de la face arrière 19 du substrat 18 de la deuxième unité 3 et au-dessus de la face frontale 40 du substrat de réception 39, par l'intermédiaire de points de colle 46 et 47. [0066] Le dispositif électronique 38 peut comprendre en outre un capot diélectrique 48, en forme de cuvette, à l'intérieur duquel sont disposées les unités 2 et 3 et dont le bord périphérique est fixé au-dessus de face frontale 40 du substrat de réception 39 par l'intermédiaire d'un cordon de colle 49. [0067] Avantageusement, les fréquences d'émission/réception de l'antenne électroma- 7 gnétique 14 peuvent être établies entre vingt-cinq et trente giga Hertz. 8 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] REVENDICATIONSDispositif électronique comprenant : une première unité indépendante (2) comprenant un substrat de support (4) incluant un réseau intégré de connexions électriques (7), au moins une puce électronique (10) montée au-dessus d'une face frontale (5) du substrat de support, une deuxième unité indépendante (3) comprenant un support diélectrique (18), dans lequel la deuxième unité (3) est rapportée au-dessus de la première unité (2), du côté de la face frontale (5) de cette première unité, et comprenant au moins une antenne électromagnétique (14) comprenant un élément excitateur (13) et un élément résonateur (25), le substrat de support (4) étant pourvu de l'élément excitateur (13) et le support diélectrique (18) étant pourvu de l'élément résonateur (25). Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'élément excitateur (13) comprend une plaque ou couche métallique locale de masse (16) pourvue d'une fente (17) et une ligne d'alimentation (15) en regard de cette fente. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le réseau de connexions électriques (7) du substrat de support comprend de plots métalliques de connexion électrique (8) aménagés dans la face frontale, la plaque ou couche métallique locale de masse (16) étant dans le même niveau métallique que ces plots de connexion électrique et la ligne d'alimentation (15) est aménagée dans un niveau métallique situé au-dessous du niveau métallique contenant la plaque ou couche métallique locale de masse. Dispositif selon rune quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément résonateur (25) comprend une plaque ou couche métallique locale (26). Dispositif selon rune quelconque des revendications précédentes, dans lequel le support diélectrique (18) comprend un substrat diélectrique, l'élément résonateur (25) étant intégré et aménagé du côté de l'une des faces (19, 20) de ce substrat diélectrique. Dispositif selon rune quelconque des revendications précédentes, comprenant des moyens de montage (21, 28) de la deuxième unité (3) au-dessus de la première unité (2). Dispositif selon la revendication 6, dans lequel les moyens de montage (21, 28) sont interposés entre la première unité (2) et une face arrière 9 [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 11] [Revendication 12] [Revendication 13] [Revendication 14] (19) du support diélectrique (18) de la deuxième unité (3). Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, dans lequel les moyens de montage (21) comprennent des éléments de montage (21a) interposés entre la face frontale (5) du substrat de support (4) de la première unité (2) et la face arrière (19) du support diélectrique (18) de la deuxième unité (3). Dispositif selon la revendication 8, dans lequel les éléments de montage (21a) sont interposés et soudés entre des plots de la face frontale (5) du substrat de support (4) de la première unité (2) et des plots la face arrière (19) du support diélectrique (18) de la deuxième unité (3). Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, dans lequel la première unité comprend un bloc d'encapsulation (24) au-dessus de la face frontale, dans lequel la puce est noyée, les moyens de montage comprenant une couche de colle (29) entre une face avant (30) du bloc d'encapsulation et une face arrière (19) du support diélectrique (18) de la deuxième unité (3). Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant des moyens de connexion électrique (32) de l'élément résonateur (25) de la deuxième unité (3) au réseau de connexions électriques (7) de la première unité (2). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant un substrat diélectrique de réception (39) présentant une face frontale (40) au-dessus de laquelle est montée la première unité (2), du côté d'une face arrière (6) du substrat diélectrique de support (4) de la première unité (2), et comprenant des moyens de montage (44) de la deuxième unité (3) au-dessus du substrat diélectrique de réception (39). Dispositif selon la revendication 12, dans lequel les moyens de montage (44) sont interposés entre une face arrière (19) de la deuxième unité (3) et une face frontale (40) du substrat diélectrique de réception (39) et passent latéralement et à distance de la première unité (2). Dispositif selon la revendication 13, dans lequel les moyens de montage comprennent des colonnes (45) dont les extrémités sont fixées au-dessus de la face arrière (19) de la deuxième unité (3) et de la face frontale (40) du substrat diélectrique de réception (39).