Brevet FR3094564A1 — publié le 20201002

Description Titre de l'invention : Refroidissement de circuits électroniques Domaine technique [0001] La présente description concerne de façon générale les circuits électroniques et, plus particulièrement, le refroidissement de puces électroniques. Technique antérieure [0002] De nombreuses techniques de refroidissement (le puces électroniques une fois montées en boîtier sont connues. Résumé de l'invention [0003] Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des circuits connus. [0004] Un mode de réalisation prévoit un boitier, comprenant une embase de réception d'au moins une puce, l'embase comprenant des rainures de section adaptée à ce qu'un matériau de fixation de la puce y pénètre. [0005] Selon un mode de réalisation, les rainures sont des rainures d'accrochage du matériau de fixation. [0006] Selon un mode de réalisation, les rainures ont une largeur comprise entre 20 et 100 microns, de préférence comprise entre 40 et 80 microns. [0007] Selon un mode de réalisation, les rainures ont une profondeur comprise entre 8 et 35 microns, de préférence comprise entre 10 et 18 microns. 100081 Selon un mode de réalisation, le boitier comprend en outre un substrat supportant l'embase. 100091 Selon un mode de réalisation, le substrat comprend des vias thermiques traversant le substrat, en contact avec l'embase. 100101 Selon un mode de réalisation, l'épaisseur de l'embase est comprise entre 10 et 40 microns. 100111 Selon un mode de réalisation, l'embase est en un métal, de préférence en cuivre. 100121 Selon un mode de réalisation, la face de l'embase destinée à recevoir la puce est revêtue d'or, de nickel, ou d'un alliage d'or et de nickel. 100131 Selon un mode de réalisation, les rainures décrivent : une pluralité de cercles concentriques ; ou une pluralité de polygones réguliers concentriques ; ou une pluralité de lignes parallèles et/ou horizontales ; ou une pluralité de lignes concourantes au centre de la face destinée à recevoir la puce. 100141 Selon un mode de réalisation, le boitier comprend en outre un matériau d'encapsulation de la puce. 100151 Un mode de réalisation prévoit un circuit électronique, comprenant : 2 un boitier tel que décrit ; une puce sur l'embase ; et un matériau de fixation, entre la puce et l'embase et comblant les rainures de l'embase. [0016] Selon un mode dc réalisation, le matériau de fixation est une colle conductrice. [0017] Selon un mode dc réalisation, la colle conductrice comprend des filaments d'argent et de la résine époxy. [0018] Selon un mode dc réalisation, le matériau de fixation est une pâte à braser. [0019] Selon un mode dc réalisation, le circuit électronique comprend en outre un ou plusieurs fils conducteurs dc reprise de contact entre une face de la puce et le substrat. Brève description des dessins [0020] Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : [0021] [fig.1] la figure 1 est une vue en coupe transversale, schématique et partielle, d'un mode de réalisation d'un circuit électronique ; [0022] W8.21 la figure 2 est une vue en coupe transversale, très schématique et partielle, d'un mode de réalisation d'un boitier pour circuit électronique comprenant une embase de réception de puce ; et [0023[ [fig.3] la figure 3 représente, par des vues (A) à (D), des vues de dessus schématiques illustrant des rainures en surface de l'embase de réception de puce selon différents modes de réalisation du circuit électronique. Description des modes de réalisation 100241 De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques. 100251 Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. 100261 Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés ou couplés entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés ou couplés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments. 100271 Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut', "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait 3 référence sauf précision contraire à l'orientation des figures. [0028] La figure 1 est une vue en coupe transversale, schématique et partielle, d'un mode de réalisation d'un circuit électronique. [0029] Le circuit électronique 1 comprend un substrat ou support 3. Le substrat 3 est traversé par une pluralité de vias thermique 5. Une embase 7 repose sur la face supérieure du substrat, dans le sens d'orientation de la figure. L'embase est en métal, de préférence en cuivre. L'embase 7 est en contact avec les vias thermique 5. L'embase 7 illustrée en figure 1 reçoit une puce électronique 9. En variante, l'embase 7 reçoit une pluralité de puces. [0030] La puce électronique 9 est fixée à l'embase par un matériau de fixation 11. Le matériau de fixation est par exemple une pâte à braser ou une colle conductrice, préférentiellement unc colle conductrice comprenant des filaments d'argent et de la résine époxy. [0031] Des fils conducteurs 13 servent à reprendre des contacts ou plots de connexions 15 situés sur une face accessible, par exemple supérieure, de la puce 9 pour les connecter à des métallisations 17 situées en face supérieure du substrat. Deux ensembles de fils conducteurs 13, plots de connexions 15 et métallisations 17 sont visibles en figure 1, mais le circuit en comporte en pratique un plus grand nombre. [0032] La puce 9 ainsi que les fils 13 et l'embase 7 sont encapsulés dans un bloc 19 d'encapsulation. Le bloc 19 est par exemple constitué d'une matière plastique ou résille, typiquement une résine époxy. [0033] Le bloc 19 d'encapsulation, le substrat 3 comprenant les vias 5 et l'embase 7 forment un boitier pour la puce 9. [0034] Dans un boîtier usuel, la fixation entre la puce 9 et l'embase 7 risque de se détériorer avec le temps. En particulier, sous l'effet de changements de température répétés, par exemple simplement liés au fonctionnement du circuit, la périphérie de la surface de contact entre la puce 9 et l'embase 7 a tendance à se décoller et une délaniination entre les deux surfaces en contact se produit. [0035] Selon les modes de réalisation décrits, on prévoit de pourvoir la surface supérieure de l'embase 7, réceptrice de la puce 9, de rainures d'accroche (non visibles en figure 1). Les modes de réalisations décrits tirent profit d'une nouvelle analyse du décollement des surfaces en contact dans les circuits usuels. En particulier, on s'aperçoit que les rainures d'accroche évitent un phénomène de propagation d'une délamination entre deux surfaces. [0036] La figure 2 est une vue en coupe transversale, très schématique et partielle, d'un mode de réalisation d'un boitier pour circuit électronique comprenant une embase de réception de puce. [0037] L'embase 7 comprend une pluralité de rainures 71 en face supérieure. La section des rainures est choisie pour que le matériau de fixation utilisé y pénètre. Ainsi le matériau de fixation présent dans les rainures engendre une meilleure résistance aux efforts radiaux engendrés par une délamination. [0038] Les rainures 71 ont une largeur w comprise entre 20 et 100 microns, de préférence comprise entre 40 et 80 microns. Les rainures 71 ont une profondeur d comprise entre 8 et 35 microns, de préférence comprise entre 10 et 18 microns. [0039] L'embase 7 a de préférence une épaisseur h, comprise entre 10 et 40 microns, ty- piquement selon la technique utilisée, 15, 18, 26 ou 35 microns. [0040] En variante l'embase 7 est formée de nervures en saillie du substrat 3, les rainures 71 s'étendent alors jusqu'au substrat. [0041] Dans l'exemple illustré en figure 2, l'embase 7 de réception de puce comprend une couche 73 de revêtement ou de plaquage. La couche 73 constitue la face de l'embase destinée à recevoir la puce. La couche 73 de revêtement, ou de plaquage, est par exemple en or, en nickel ou en un alliage d'or et de nickel. La couche 73 est réalisée de façon à recouvrir l'ensemble des parois (côtés et fond) des rainures. En d'autres termes, le dépôt est effectué de façon conforme. [0042] Le plaquage peut avoir tendance à lisser d'éventuels reliefs. Par conséquent, on tient compte de ce phénomène pour dimensionner les rainures, de sorte que les rainures de l'embase 7 obtenues après plaquage aient les dimensions adaptées à l'accroche. [0043] Le lissage engendré par le plaquage est ainsi négligeable par rapport aux sections des rainures 71 et donc sur la tenue du matériau de fixation dans les rainures d'accroche. [0044] Ces modes de réalisation s'appliquent plus particulièrement aux puces pourvues d'un plan conducteur en face arrière, qui favorise le contact électrique et thermique. [0045] La figure 3 représente, par des vues (A) à (D), des vues de dessus schématiques illustrant des rainures en surface de l'embase de réception de puce selon différent modes de réalisation du circuit électronique. [0046] Les rainures 71 en surface de l'embase 7 de réception de puce peuvent former différents motifs. [0047] Selon le mode de réalisation de la figure 3(A), les rainures 71 décrivent une pluralité de cercles concentriques. Dans l'exemple illustré par la vue (A) de la figure 3, quatre cercles concentriques sont représentés. [0048] Selon le mode de réalisation de la figure 3(B), les rainures 71 décrivent une pluralité de polygones réguliers concentriques. Dans l'exemple illustré par la vue (B) de la figure 3, trois hexagones réguliers concentriques sont représenté. En variante, tout polygone régulier concentrique peut être utilisé. [0049] Selon le mode de réalisation de la figure 3(C), les rainures 71 décrivent une pluralité de lignes parallèles et/ou horizontales. Dans l'exemple illustré par la vue (C) de la figure 3, quatre rainures verticales et trois rainures horizontales sont représentés. En pratique tout nombre de rainures verticales et/ou horizontales peut être utilisé. [0050] Selon le mode de réalisation de la figure 3(D), les rainures 71 décrivent une pluralité de lignes concourantes au centre de la face supérieur de l'embase 7. Dans l'exemple illustré par la vue (D) de la figure 3, huit lignes concourantes en un seul point, ou en étoile, sont représentées. En pratique tout nombre de lignes concourantes peut être utilisé. [0051] Une analyse comparative des différents modes de réalisation a permis de déterminer que les circuits électroniques implémentant les modes de réalisation des figures 3(A) et 3(B) bénéficient d'une tenue dans le temps supérieure à celle des autres modes. En particulier, on s'aperçoit que le matériau de fixation présent dans les rainures d'accroche de ces modes de réalisation résistent mieux aux efforts radiaux engendrés par une délamination. Les modes de réalisation des figures 3(A) et 3(B) sont ainsi préférés aux modes de réalisation des figures 3(C) et 3(D). [0052] Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. L'homme de l'art comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d'autres variantes apparaitront à l'homme de l'art. [0053] Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de l'homme du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. En particulier, le choix du matériau de fixation pour obtenir les performances thermique et structurelles souhaitées dépend de l'application. 6 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 11] [Revendication 12] REVENDICATIONSBoitier, comprenant une embase (7) de réception d'au moins une puce (9), l'embase comprenant des rainures (71) de section adaptée à ce qu'un matériau de fixation (11) de la puce y pénètre. Boitier selon la revendication 1, dans lequel les rainures (71) sont des rainures d'accrochage du matériau de fixation (11). Boitier selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les rainures (71) ont une largeur (w) comprise entre 20 et 100 microns, de préférence comprise entre 40 et 80 microns. Boitier selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les rainures (71) ont une profondeur (d) comprise entre 8 et 35 microns, de préférence comprise entre 10 et 18 microns. Boitier selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en outre un substrat (3) supportant l'embase (7). Boitier selon la revendication 5, dans lequel le substrat (7) comprend des vias thermiques (5) traversant le substrat, en contact avec l'embase (7). Boitier selon l'un quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'épaisseur (h) de l'embase (7) est comprise entre 10 et 40 microns. Boitier selon l'un quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l'embase (7) est en un métal, de préférence en cuivre. Boitier selon la revendication 8, dans lequel la face de l'embase (7) destinée à recevoir la puce (9) est revêtue d'or, de nickel, ou d'un alliage d'or et de nickel. Boitier selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel les rainures (71) décrivent : une pluralité de cercles concentriques ; ou une pluralité de polygones réguliers concentriques ; ou une pluralité de lignes parallèles et/ou horizontales ; ou une pluralité de lignes concourantes au centre de la face destinée à recevoir la puce. Boitier selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant en outre un matériau d'encapsulation de la puce. Circuit électronique (1), comprenant : un boitier selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 ; une puce (9) sur l'embase (7) ; et un matériau de fixation (il), entre la puce (9) et l'embase (7) et 7 [Revendication 13] [Revendication 14] [Revendication 15] [Revendication 16] comblant les rainures (71) de l'embase. Circuit selon la revendication 12, dans lequel le matériau de fixation (11) est une colle conductrice. Circuit selon la revendication 13, dans lequel la colle conductrice comprend des filaments d'argent et de la résine époxy. Circuit selon la revendication 12, dans lequel le matériau de fixation (11) est une pâte à braser. Circuit selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, comprenant en outre un ou plusieurs fils conducteurs (13) de reprise de contact entre une face de la puce (9) et le substrat (3).