Brevet FR3126259A1 — publié le 20230224

STRUCTURE ÉLECTRONIQUE COMPRENANT UN FILM D’INTERCONNEXION Un aspect de l’invention concerne une structure électronique (1) comprenant : un substrat (10) ; un composant électronique (20) ; un film d’interconnexion (30) disposé entre le substrat (10) et le composant électronique (20), reliant électriquement et mécaniquement le composant électronique au substrat ; le film d’interconnexion (30) comprenant une première face (30a), une deuxième face (30b) opposée à la première face, une zone électriquement conductrice (31) s’étendant de la première face (30a) à la deuxième face (30b) et un matériau polymère (32) électriquement isolant enrobant la zone électriquement conductrice (31), au moins l’une des première et deuxième faces (30a, 30b) du film d’interconnexion (30) étant structurée de manière à former un film d’adhésif sec, ladite au moins une des première et deuxième faces (30a, 30b) présentant une pluralité de motifs (33), une partie au moins des motifs (33) étant formés du matériau polymère (32) électriquement isolant. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 1 STRUCTURE ÉLECTRONIQUE COMPRENANT UN FILM D’INTERCONNEXION Le domaine technique de l’invention est celui de l’interconnexion électrique et mécanique d’un composant électronique sur un substrat, par exemple un substrat flexible capable de se déformer et de s’adapter à une surface non plane telle que la peau. La présente invention concerne plus particulièrement une structure électronique comprenant un substrat, un composant électronique et un film d’interconnexion disposé entre le substrat et le composant électronique. ÉTAT DE LA TECHNIQUE Les structures électroniques souples peuvent intégrer des composants électroniques tels que des circuits intégrés, des capteurs, des actionneurs, des batteries, des composants passifs, des puces d'identification par radiofréquence (ou RFID, pour « radio frequency identification » en anglais) et des antennes. La fabrication d’une structure électronique souple comprend le report d’un ou plusieurs composants électroniques sur un substrat flexible, aussi appelé circuit imprimé flexible. Ce substrat comprend un film support, par exemple en polyester, polyimide, polytétrafluoroéthylène ou polyétheréthercétone, et des pistes métalliques disposées à la surface du film support. Chaque composant électronique comprend des plots de connexion qui débouchent sur une face du composant, cette face étant communément appelée « face active ». Une premier technique d’interconnexion (appelée « wire bonding » en anglais) consiste à relier électriquement les plots de connexion du composant aux pistes métalliques du substrat par des fils, lorsque la face active du composant est tournée vers le haut. Lorsqu’au contraire la face active du composant est tournée vers le bas (autrement dit lorsqu’elle est disposée en regard du substrat), les plots de connexion du composant peuvent être connectés aux pistes métalliques du substrat par brasage, à l’aide d’un matériau fusible, d’une colle conductrice ou d'un élément conducteur pressé sur chaque plot d'interconnexion. Cette deuxième technique d’interconnexion, électrique et mécanique, est communément appelée « flip-chip », en référence à la position retournée du composant. Des éléments d’interconnexion, tels que des microbilles fusibles, un film conducteur anisotrope ou des bossages en or (plus connu sous le nom de « stud bump »), peuvent être disposés entre le composant et le substrat. Comme les composants électroniques sont souvent épais et rigides, les contraintes en flexion dans la structure électronique sollicitent fortement les interfaces de collage, de soudure ou de brasure, qui finissent par rompre. Pour remédier à ce problème, il a été proposé de placer les interfaces ou éléments d’interconnexion au plus près du plan neutre de la structure électronique. Par exemple, le brevet FR1857094B1 décrit une structure électronique souple comprenant un film en matériau polymère recouvert d’une piste métallique, un composant électronique, un élément d’interconnexion reliant électriquement et mécaniquement le composant électronique à la piste métallique et une couche de compensation discontinue pour amener le plan neutre au niveau de l’élément d’interconnexion. Le document US2006/097373 décrit par ailleurs une structure électronique comprenant un substrat flexible et un composant électronique collé au substrat au moyen d’une couche de résine thermodurcissable, typiquement une résine époxy. Un pilier conducteur relie électriquement un plot de connexion aménagé dans la face active du composant et une piste métallique disposée sur le substrat flexible. Ce pilier conducteur s’étend à travers la couche de résine thermodurcissable. La structure électronique comprend en outre une couche isolante dite de passivation, dont l’épaisseur est choisie pour amener le plan neutre de la structure au niveau de la face active du composant. Ces agencements permettent de limiter les contraintes mécaniques en flexion au niveau de la connexion électrique du composant (autrement dit lorsque la structure électronique est pliée). En revanche, ils ne sont pas totalement satisfaisants lorsque la structure électronique est soumise à des contraintes de traction (étirement) ou de cisaillement. Il existe donc un besoin de prévoir une structure électronique ayant une durée de vie améliorée par rapport aux structures de l’art antérieur, grâce notamment à une meilleure résistance aux contraintes de traction (étirement) et/ou de cisaillement. Selon un premier aspect de l’invention, on tend à satisfaire ce besoin en prévoyant une structure électronique comprenant : un substrat ; un composant électronique ; et un film d’interconnexion disposé entre le substrat et le composant électronique, reliant électriquement et mécaniquement le composant électronique au substrat. Le film d’interconnexion comprend une première face, une deuxième face opposée à la première face, une zone électriquement conductrice s’étendant de la première face à la deuxième face et un matériau polymère électriquement isolant enrobant la zone électriquement conductrice, au moins l’une des première et deuxième faces du film d’interconnexion étant structurée de manière à former un film d’adhésif sec, ladite au moins une des première et deuxième faces présentant une pluralité de motifs, une partie au moins des motifs étant formés du matériau polymère électriquement isolant. Dans un mode de réalisation préférentiel, les motifs sont en forme de champignon, chaque motif en forme de champignon comprenant un pilier surmonté d’un chapeau, le chapeau ayant, dans un plan parallèle au substrat, des dimensions supérieures à celles du pilier. Dans une variante de réalisation, les motifs sont des piliers de section constante sur toute leur hauteur ou de section croissante en s’éloignant d’un plan médian du film d’interconnexion. La structure électronique selon le premier aspect de l’invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : le pilier des motifs présente une hauteur comprise entre 5 µm et 200 µm et des dimensions comprises entre 1 µm et 100 µm dans un plan parallèle au substrat ; le chapeau des motifs présente une hauteur comprise entre 1 µm et 2 µm et, dans un plan parallèle au substrat, des dimensions maximales égales aux dimensions du pilier augmentées d’une valeur comprise entre 1 µm et 6 µm ; une partie au moins des motifs sont électriquement conducteurs et appartiennent à la zone électriquement conductrice ; les motifs présentent un premier pas de répétition dans une première direction et un deuxième pas de répétition dans une deuxième direction différente de la première direction ; le substrat comprend une piste électriquement conductrice, le composant électronique comprend un plot de connexion et la zone électriquement conductrice relie la piste électriquement conductrice au plot de connexion ; la zone électriquement conductrice comprend des nanofils de carbone, des nanotubes de carbone, du noir de carbone, des particules métalliques ou du graphène ; le film d’interconnexion est flexible et/ou étirable ; le film d’interconnexion est capable de subir, sans rompre, une flexion d’un rayon de courbure inférieur ou égal à 1000 mm ; le film d’interconnexion est capable de s’allonger sous sollicitation mécanique de plus de 5 % sans rompre ; le matériau polymère électriquement isolant est du parylène ou un élastomère, par exemple du polyuréthane, du polyuréthane-acrylate, du polyvinylsiloxane, du polypropylène, de l’acide polylactique-co-glycolique ou un élastomère de silicone tel que le polydiméthylsiloxane (PDMS) ou le silicone polyaddition ; le composant électronique est recouvert entièrement par une couche d’encapsulation constituée du matériau polymère électriquement isolant. Un deuxième aspect de l’invention concerne un procédé de fabrication d’une structure électronique, comprenant les étapes suivantes : fournir un film d’interconnexion comprenant une première face, une deuxième face opposée à la première face, une zone électriquement conductrice s’étendant de la première face à la deuxième face et un matériau polymère électriquement isolant enrobant la zone électriquement conductrice, au moins l’une des première et deuxième faces du film d’interconnexion étant structurée de manière à former un film d’adhésif sec, ladite au moins une des première et deuxième faces présentant une pluralité de motifs, une partie au moins des motifs étant formés du matériau polymère électriquement isolant ; disposer le film d’interconnexion sur un substrat ; et disposer un composant électronique sur le film d’interconnexion, de sorte que le composant électronique soit relié électriquement et mécaniquement au substrat par le film d’interconnexion. Dans un mode de mise en œuvre préférentiel du procédé de fabrication, l’étape de fourniture du film d’interconnexion comprend les sous-étapes suivantes : fournir un moule comprenant des cavités ; déposer un matériau électriquement conducteur dans une région du moule, formant ainsi une zone électriquement conductrice ; déposer un matériau polymère électriquement isolant dans le moule de manière à enrober la zone électriquement conductrice ; et démouler le film d’interconnexion. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures suivantes : la représente schématiquement un premier mode de réalisation d’une structure électronique selon le premier aspect de l’invention ; la représente schématiquement un deuxième mode de réalisation de la structure électronique ; la représente schématiquement un troisième mode de réalisation de la structure électronique ; la représente en vue de face un exemple de film d’interconnexion appartenant à la structure électronique ; la représente schématiquement un quatrième mode de réalisation de la structure électronique ; la représente schématiquement un cinquième mode de réalisation de la structure électronique ; les figures 7A à 7C représentent des étapes d’un procédé de fabrication de structure électronique selon le deuxième aspect de l’invention ; et les figures 8A à 8E représentent des étapes de fabrication d’un film d’interconnexion. Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures. Structure électronique (1) comprenant : un substrat (10) ; un composant électronique (20) ; un film d’interconnexion (30) disposé entre le substrat (10) et le composant électronique (20), reliant électriquement et mécaniquement le composant électronique au substrat ; le film d’interconnexion (30) comprenant une première face (30a), une deuxième face (30b) opposée à la première face, une zone électriquement conductrice (31) s’étendant de la première face (30a) à la deuxième face (30b) et un matériau polymère (32) électriquement isolant enrobant la zone électriquement conductrice (31), au moins l’une des première et deuxième faces (30a, 30b) du film d’interconnexion (30) étant structurée de manière à former un film d’adhésif sec, ladite au moins une des première et deuxième faces (30a, 30b) présentant une pluralité de motifs (33), une partie au moins des motifs (33) étant formés du matériau polymère (32) électriquement isolant. Structure (1) selon la revendication 1, dans laquelle les motifs (33) sont en forme de champignon, chaque motif (33) en forme de champignon comprenant un pilier (33a) surmonté d’un chapeau (33b), le chapeau ayant, dans un plan parallèle au substrat (10), des dimensions supérieures à celles du pilier. Structure (1) selon la revendication 2, dans laquelle : le pilier (33a) des motifs (33) présente une hauteur comprise entre 5 µm et 200 µm et des dimensions comprises entre 1 µm et 100 µm dans un plan parallèle au substrat (10) ; le chapeau (33b) des motifs (33) présente une hauteur comprise entre 1 µm et 2 µm et, dans un plan parallèle au substrat (10), des dimensions maximales égales aux dimensions du pilier (33a) augmentées d’une valeur comprise entre 1 µm et 6 µm. Structure (1) selon la revendication 1, dans laquelle les motifs (33) sont des piliers de section constante sur toute leur hauteur ou de section croissante en s’éloignant d’un plan médian du film d’interconnexion (30). Structure (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle une partie au moins des motifs (33) sont électriquement conducteurs et appartiennent à la zone électriquement conductrice (31). Structure (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle les motifs (33) présentent un premier pas de répétition (P1) dans une première direction (D1) et un deuxième pas de répétition (P2) dans une deuxième direction (D2) différente de la première direction. Structure (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle : le substrat (10) comprend une piste électriquement conductrice (12) ; le composant électronique (20) comprend un plot de connexion (21) ; et la zone électriquement conductrice (31) relie la piste électriquement conductrice (12) au plot de connexion (21). Structure (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle la zone électriquement conductrice (31) comprend des nanofils de carbone, des nanotubes de carbone, du noir de carbone, des particules métalliques ou du graphène. Structure (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle le film d’interconnexion (30) est capable de subir, sans rompre, une flexion d’un rayon de courbure inférieur ou égal à 1000 mm. Structure (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle le film d’interconnexion (30) est capable de s’allonger sous sollicitation mécanique de plus de 5 % sans rompre. Structure (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle le matériau polymère (32) électriquement isolant est du parylène ou un élastomère, par exemple du polyuréthane, du polyuréthane-acrylate, du polyvinylsiloxane, du polypropylène, de l’acide polylactique-co-glycolique ou un élastomère de silicone tel que le polydiméthylsiloxane (PDMS) ou le silicone polyaddition. Structure (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans laquelle le composant électronique (20) est recouvert entièrement par une couche d’encapsulation constituée du matériau polymère (32) électriquement isolant. Procédé de fabrication d’une structure électronique (1) comprenant les étapes suivantes : fournir un film d’interconnexion (30) comprenant une première face (30a), une deuxième face (30b) opposée à la première face, une zone électriquement conductrice (31) s’étendant de la première face à la deuxième face et un matériau polymère (32) électriquement isolant enrobant la zone électriquement conductrice, au moins l’une des première et deuxième faces (30a, 30b) du film d’interconnexion (30) étant structurée de manière à former un film d’adhésif sec, ladite au moins une des première et deuxième faces (30a, 30b) présentant une pluralité de motifs (33), une partie au moins des motifs (33) étant formés du matériau polymère (32) électriquement isolant ; disposer le film d’interconnexion (30) sur un substrat (10) ; et disposer un composant électronique (20) sur le film d’interconnexion (30), de sorte que le composant électronique soit relié électriquement et mécaniquement au substrat par le film d’interconnexion. Procédé selon la revendication 13, dans lequel l’étape de fourniture du film d’interconnexion (30) comprend les sous-étapes suivantes : fournir un moule (80) comprenant des cavités (81) ; déposer un matériau électriquement conducteur dans une région du moule (80), formant ainsi une zone électriquement conductrice (31) ; déposer un matériau polymère (32) électriquement isolant dans le moule (80) de manière à enrober la zone électriquement conductrice (31) ; et démouler le film d’interconnexion (30).