Brevet FR3123733A1 — publié le 20221209

Boîtier optique de circuit intégré, comprenant un substrat support (1), un capot (2) définissant avec le substrat support un logement (3) et comportant un corps de capot (20) fixé sur le substrat support et un moyen d’obturation optique (21) fixé sur le corps de capot, une puce électronique (4) disposée dans le logement au-dessus du substrat support et ayant une face (FAR) supportant un dispositif optique (7) en couplage optique avec le moyen d’obturation optique, dans lequel le corps de capot (20) est thermiquement conducteur et le boîtier comprend en outre dans ledit logement (3) un moyen de liaison (8,9) thermiquement conducteur couplé de façon thermiquement conductrice entre le corps de capot (20) et la puce électronique (4). Figure pour l’abrégé : Fig 1 BOÎTIER OPTIQUE DE CIRCUIT INTEGRE Des modes de mise en œuvre et de réalisation concernent le domaine de la microélectronique, notamment le domaine du conditionnement (« packaging » en anglais) des circuits intégrés, et plus particulièrement les boîtiers optiques de circuits intégrés présentant une structure leur permettant d’offrir une meilleure dissipation de chaleur, par exemple, mais non limitativement, les boîtiers logeant des puces fixées selon un montage du type « puce retournée » (« flip chip » selon une dénomination anglosaxonne bien connue de l’homme du métier). Un boîtier optique de circuit intégré comprend généralement une puce supportée par un substrat support, cette puce étant équipée sur la face opposée à celle en regard du substrat support, d’un dispositif optique, émetteur ou récepteur de lumière. Le boîtier optique comporte également un moyen optique d’obturation, par exemple mais non limitativement une vitre, disposé en couplage optique avec le dispositif optique situé sur la puce. En fonctionnement, la puce et le dispositif optique génèrent de la chaleur qu’il convient de dissiper. Or, il peut s’avérer difficile de dissiper efficacement cette chaleur, en particulier lorsque le dispositif optique est monté sur la face arrière de la puce fixée sur le substrat support selon un montage du type puce retournée. En effet, la localisation du dispositif optique sur la face arrière de la puce et la présence de la vitre autorisent une dissipation de chaleur uniquement vers le substrat. Il existe donc un besoin d’améliorer la dissipation thermique des boîtiers optiques de circuits intégrés, en particulier mais non limitativement ceux comportant une puce fixée sur le substrat support selon un montage du type puce retournée. Selon un aspect, il est proposé un boîtier optique de circuit intégré comprenant un substrat support et un capot définissant avec le substrat support un logement. Ce capot comporte un corps de capot fixé sur le substrat support et un moyen d’obturation optique, par exemple mais non limitativement une vitre, fixé sur le corps de capot. Le boîtier optique comporte également une puce électronique disposée dans le logement au-dessus du substrat support et ayant une face supportant un dispositif optique, par exemple un dispositif optique récepteur ou émetteur de lumière, en couplage optique avec le moyen d’obturation optique. Le corps de capot est thermiquement conducteur, par exemple en cuivre, et le boîtier comprend en outre dans ledit logement un moyen de liaison thermiquement conducteur couplé de façon thermiquement conductrice entre le corps de capot et la puce électronique. Ce moyen de liaison thermiquement conducteur forme ainsi avec le corps de capot, qui est lui-même thermiquement conducteur, un chemin supplémentaire de dissipation de chaleur, ce qui améliore la dissipation thermique globale du boîtier. Il est ainsi possible de réduire significativement la résistance thermique du boîtier, par exemple de l’ordre de 60%. Le moyen de liaison peut être par exemple en cuivre. Le moyen de liaison peut avoir une forme quelconque. Il pourrait ne comporter qu’un seul pilier. Cela étant il peut avantageusement former un anneau entourant le dispositif optique. Un anneau augmente la taille du chemin supplémentaire de dissipation thermique. Bien qu’il soit possible de réaliser un anneau continu, il est préférable que l’anneau soit discontinu de façon à limiter les contraintes mécaniques entre l’anneau et la face de la puce supportant le dispositif optique. En effet, cette face, lorsqu’il s’agit de la face arrière de la puce, peut être du silicium. Et les coefficients de dilatation thermique entre le matériau de l’anneau et le matériau de la puce sont généralement différents et provoquent ces contraintes thermiques qui, comme indiqué ci-avant sont avantageusement réduites lorsque l’anneau est discontinu. L’anneau discontinu peut comprendre une pluralité d’éléments conducteurs, par exemple des piliers ayant une base circulaire ou oblongue ou bien de forme allongée, par exemple en cuivre, saillant de ladite face de la puce et fixée sur le corps de capot par des moyens de fixation thermiquement conducteurs, par exemple par des plots de soudure en un étain et/ou argent. Selon une variante de réalisation, la puce peut être disposée au-dessus du substrat selon un montage du type puce retournée et ladite face de la puce supportant le dispositif optique est alors une face arrière de la puce. Selon une autre variante possible de réalisation, ladite face de la puce supportant le dispositif optique peut être une face avant de la puce, la puce est alors disposée au-dessus du substrat par l’intermédiaire d’une face arrière, opposée à la face avant et des fils de connexion électriques relient la face avant de la puce au substrat support. Selon un mode de réalisation, ledit moyen de liaison définit une première partie dudit logement contenant le dispositif optique et une deuxième partie dudit logement située entre le moyen de liaison et le corps de capot. De façon à améliorer encore la dissipation thermique du boîtier, il est particulièrement avantageux que le boîtier comprenne en outre un matériau d’interface thermique (TIM : « Thermal Interface Material » selon une dénomination anglosaxonne bien connue de l’homme du métier), ce matériau d’interface thermique remplissant la deuxième partie du logement. Selon un autre aspect, il est proposé un procédé de fabrication d’un boîtier optique de circuit intégré, comprenant -une fourniture d’une puce électronique ayant une face supportant un dispositif optique, -une réalisation, dans un logement défini par un substrat support et un capot comportant un corps de capot thermiquement conducteur fixé sur le substrat support et un moyen d’obturation optique fixé sur le corps de capot, d’un moyen de liaison thermiquement conducteur, et -un couplage thermiquement conducteur du moyen de liaison entre le corps de capot et la puce électronique disposée dans le logement au-dessus du substrat support, le dispositif optique étant en couplage optique avec le moyen d’obturation optique. Selon un mode de mise en œuvre, la réalisation du moyen de liaison comprend une réalisation d’un anneau entourant la puce Selon un mode de mise en œuvre, la réalisation de l’anneau comprend une réalisation d’un anneau discontinu. Selon un mode de mise en œuvre, la réalisation de l’anneau comprend une réalisation d’une pluralité d’éléments thermiquement conducteurs saillant de ladite face de la puce et le couplage thermiquement conducteur du moyen de liaison comprend une fixation de ces éléments saillant sur le corps de capot par des moyens de fixation thermiquement conducteurs. Selon une variante, le procédé comprend une fixation de la puce sur le substrat support par un montage du type puce retournée, ladite face de la puce étant une face arrière. Selon un mode de mise en œuvre compatible avec cette variante, le procédé comprend, -préalablement à la réalisation du moyen de liaison, une réalisation de moyens de connexion électriquement conducteurs sur une face avant de la puce, par exemple des billes, et -postérieurement à la réalisation du moyen de liaison, o une fixation de la puce sur le substrat support par l’intermédiaire desdits moyens de connexion et un enrobage des moyens de connexion par un matériau de sous-remplissage, o une fixation du corps de capot sur le substrat support, et o ledit couplage thermiquement conducteur du moyen de liaison avec le corps de capot. Selon une autre variante, le procédé comprend une fixation de la puce sur le substrat par une face arrière de la puce, opposée à ladite face supportant le dispositif optique qui est une face avant. Selon un mode de mise en œuvre compatible avec cette autre variante, le procédé comprend postérieurement à la réalisation du moyen de liaison, la fixation de la puce sur le substrat support, une formation de fils de connexion électriques entre la face avant de la puce et le substrat support, une fixation du corps de capot sur le substrat support et ledit couplage thermiquement conducteur du moyen de liaison avec le corps de capot. Selon un mode de mise en œuvre, la réalisation du moyen de liaison définit une première partie dudit logement contenant le dispositif optique et une deuxième partie dudit logement située entre le moyen de liaison et le corps de capot, et le procédé comprend en outre un remplissage de la deuxième partie du logement par un matériau d’interface thermique. D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée de modes de mise en œuvre et de réalisation nullement limitative, et des dessins annexés sur lesquels : et illustrent schématiquement des modes de mise en œuvre et de réalisation de l’invention. Sur la , la référence BT désigne un boîtier optique de circuit intégré. Ce boîtier BT comporte un substrat support 1 de structure classique et connue en soi, ainsi qu’un capot 2 définissant avec le substrat support, un logement 3. Le capot 2 comporte ici un corps de capot 20, en un matériau thermiquement conducteur, par exemple en cuivre, fixé sur le substrat support par ici un cordon de colle 10. Le capot 2 comporte également un moyen d’obturation optique 21 fixé sur le corps de capot 20. Ce moyen d’obturation optique peut être une vitre pouvant être optiquement transparente ou filtrante ou avoir des caractéristiques diverses comme de la polarisation par exemple, mais non exclusivement. Il est également possible que le moyen optique 21 comprenne une lentille. Le boîtier BT comporte également une puce électronique 4 disposée dans le logement 3 au-dessus du substrat support 1. Dans l’exemple de réalisation de la , la puce 4 est fixée sur le substrat support selon un montage du type puce retournée. En d’autres termes, la face avant FAV de la puce est électriquement connectée sur des pistes métalliques du substrat support par des moyens de connexion électriques 5, tels que par exemple des billes ou boules de soudure noyées dans un matériau de sous-remplissage 6 connu par l’homme du métier sous la dénomination anglosaxonne de « underfill ». Le matériau de sous remplissage 6 est destiné à combler les vides existants entre les boules de connexion 5. Ce matériau de sous-remplissage est électriquement isolant et permet d’éviter des courts-circuits éventuels. Il permet également d’absorber une partie des contraintes mécaniques. La face arrière FAR de la puce, opposée à la face avant FAV supporte un dispositif optique 7 qui est en couplage optique avec le moyen d’obturation optique 21. Le dispositif optique 7 peut être dans cet exemple un dispositif émetteur de lumière, par exemple un réseau de diodes laser. Le boîtier optique BT comporte également dans le logement 3 un moyen de liaison thermiquement conducteur 8 couplé de façon thermiquement conductrice entre le corps de capot 20 et la puce électronique 4. Dans cet exemple, le moyen de liaison comporte une pluralité d’éléments thermiquement conducteurs, par exemple en cuivre, 8, saillants de la face arrière de la puce FAR et solidarisés avec le corps de capot 20 par, par exemple des plots de soudure 9 en étain et/ou argent. Comme illustré sur la qui illustre la trace des éléments saillants 8, par exemple des piliers, sur la face arrière FAR de la puce, on voit que ces éléments saillants forment un anneau 80, discontinu, délimitant une première partie 31 du logement 3 dans laquelle est situé le dispositif optique 7. L’anneau 80 entoure donc ce dispositif optique. L’anneau 80 définit également une deuxième partie 32 du logement situé entre l’anneau et le corps de capot 20. Dans l’exemple de réalisation de la , cette deuxième partie 32 du logement est vide. Les piliers de cuivre 8 sont par exemple en contact directement avec le silicium de la puce 4. Ces piliers 8, ainsi que les plots de soudure 9 et le corps de capot 20 forment un chemin de dissipation de chaleur permettant d’améliorer la dissipation thermique du boîtier. L’invention n’est pas limitée à un montage de la puce du type puce retournée, comme illustré schématiquement sur la , mais peut s’appliquer également à un montage de la puce par l’intermédiaire de sa face arrière comme illustré schématiquement sur la . Seules les différences entre la et la seront maintenant décrites. Dans le boîtier BT1 de la , les piliers 8 saillent cette fois-ci de la face avant FAV de la puce et les plots de contact (« pads », en langue anglaise) situés sur la face avant de la puce FAV sont électriquement connectés sur des pistes métalliques du substrat support par l’intermédiaire de fils de liaison électriquement conducteurs WB. Le montage de la puce est donc ici un montage du type soudage par fils (« wire bonding »). La face arrière FAR de la puce est fixée sur le substrat support 1 par l’intermédiaire par exemple d’une couche de colle classique 11. Le dispositif optique 7 peut être un dispositif émetteur de lumière ou bien un dispositif récepteur de lumière. Les fils WB sont situés à l’extérieur des piliers 8. De façon à améliorer encore la dissipation thermique du boîtier, il est prévu, comme illustré sur la sur laquelle on retrouve un montage de la puce du type puce retournée, de remplir la deuxième partie 32 du logement par un matériau d’interface thermique 50 par l’intermédiaire d’un orifice 22 ménagé dans le corps de capot 20. Les matériaux d’interface thermique sont bien connus de l’homme du métier. A titre d’exemple non limitatif, on peut par exemple utiliser le matériau de la société DOW connu sous la dénomination DOWSIL DA-6534 qui est un matériau présentant une grande conductivité thermique, typiquement 6,8 watts par mètre et par degré Kelvin. Bien entendu, le remplissage de la deuxième partie 32 du logement est également compatible avec un montage du type soudage par fil (wire bonding) de la puce tel qu’illustré sur la . Dans le cas où le moyen de liaison thermiquement conducteur 8 a la forme d’un anneau discontinu, comme illustré par exemple sur la , on choisira un espace entre les différents piliers de l’anneau suffisant petit pour empêcher une introduction du matériau d’interface thermique dans la première partie 31 du logement contenant le dispositif optique 7, lors de la phase de remplissage de la deuxième partie 32 du logement par ce matériau d’interface thermique. A titre indicatif on pourra choisir des espaces compris entre 10 micromètres et 30 micromètres. On se réfère maintenant plus particulièrement à la pour décrire un mode de mise en œuvre d’un procédé de fabrication d’un boîtier optique du type de celui illustré sur la . Dans une étape S50, on réalise sur les faces avant de toutes les puces réalisées sur une plaquette semiconductrice (wafer) les boules de connexion 5 d’une façon classique et connue en soi. A titre indicatif, on pourra utiliser une méthode analogue à celle qui sera décrite ultérieurement dans l’étape S53. Généralement, l’épaisseur de la plaquette semiconductrice est relativement grande. Et, lorsqu’il est nécessaire pour certaines applications, de réduire cette épaisseur, on procède à une réduction d’épaisseur de la plaquette semiconductrice dans l’étape S51, d’une façon classique et connue en soi. Puis, dans l’étape S52, on fixe sur les faces avant équipées des bosses de connexion de toutes les puces de la plaquette, un support servant de poignée, à l’aide par exemple d’un film ou d’une colle thermiquement dégradable. Bien entendu, les étapes S51 et S52 peuvent être interverties. Dans l’étape S53, on procède à la réalisation des piliers de cuivre 8 surmontés par leurs plots de soudure. Plus précisément, on forme sur la face arrière de toute la plaquette, une couche d’amorçage (« seed layer ») électrolytique. Puis, au-dessus de cette couche d’amorçage, on dépose une couche de résine photosensible. Puis, par des étapes classiques de photolithographie, d’insolation de résine et de révélation, on forme dans la résine photosensible des évidements définissant les emplacements des futurs piliers en cuivre. On plonge ensuite la plaquette dans un bain de cuivre façon à faire croître du cuivre par dépôt catalytique (« plating ») dans les évidements de la résine. On utilise ensuite un bain d’étain et/ou d’argent de façon à former les plots de soudure qui surmontent les piliers en cuivre. Puis, on retire la résine photosensible et on grave la partie de la couche d’amorçage située à l’extérieur des piliers en cuivre de façon par exemple à mettre à nu le silicium de la plaquette. Puis, dans l’étape S54, on retire le support poignée à l’aide d’un traitement thermique ou par laser puis, dans l’étape S55, on procède au sciage de la plaquette de façon à individualiser les puces électroniques munies sur leur face avant des boules de connexion 5 et sur leur face arrière des piliers en cuivre 8 surmontés des plots de soudure. On procède ensuite dans l’étape S56 à la soudure de la puce électronique sur le substrat support dans un four puis à la délivrance du matériau de sous-remplissage 6, de façon classique et connue en soi. Dans l’étape S57, on fixe le corps de capot sur le boîtier à l’aide d’un cordon de colle. A cet égard, on peut effectuer un traitement thermique, par exemple à 260°C, de façon à effectuer cette fixation du capot sur le substrat et simultanément faire fondre les plots de soudure de façon à solidariser les piliers de cuivre 8 avec le corps de capot 20. On procède ensuite à une étape S58 de durcissement de la colle située entre le corps de capot et le substrat (« glue curing »). Puis, optionnellement, on peut, dans l’étape S59, procéder au remplissage de la deuxième partie 32 du logement par le matériau d’interface thermique après avoir percé le corps de capot 20. En variante le corps de capot peut être percé lors de sa fabrication. On se réfère maintenant plus particulièrement à la pour décrire un mode de mise en œuvre du procédé de fabrication permettant d’obtenir un boîtier BT1 analogue à celui illustré sur la . Cette fois-ci, dans l’étape S60, on réalise sur la face avant de toutes les puces de la plaquette, les piliers en cuivre 8 surmontés des plots de soudure d’une façon analogue à ce qui a été décrit dans l’étape S53. Puis, on procède dans l’étape S61 à la découpe de la plaquette semiconductrice de façon à individualiser les puces. Dans l’étape S62, on effectue à l’extérieur des piliers en cuivre, la soudure des fils de liaison électriquement conducteurs reliant les plots de contact de la face avant de la puce avec des plages métalliques du substrat support (wire bonding). Puis, dans l’étape S63, on procède à la fixation du capot sur le substrat d’une façon analogue à ce qui a été décrit ci-avant. Dans l’étape S64, on effectue le traitement de durcissement de la colle et optionnellement, on remplit la deuxième partie 32 du logement par le matériau d’interface thermique dans l’étape S65. Boîtier optique de circuit intégré, comprenant un substrat support (1), un capot (2) définissant avec le substrat support un logement (3) et comportant un corps de capot (20) fixé sur le substrat support et un moyen d’obturation optique (21) fixé sur le corps de capot, une puce électronique (4) disposée dans le logement au-dessus du substrat support et ayant une face (FAR) supportant un dispositif optique (7) en couplage optique avec le moyen d’obturation optique, dans lequel le corps de capot (20) est thermiquement conducteur et le boîtier comprend en outre dans ledit logement (3) un moyen de liaison (8,9) thermiquement conducteur couplé de façon thermiquement conductrice entre le corps de capot (20) et la puce électronique (4). Boîtier selon la revendication 1, dans lequel le moyen de liaison forme un anneau (80) entourant le dispositif optique (7). Boîtier selon la revendication 2, dans lequel l’anneau (80) est discontinu. Boîtier selon la revendication 3, dans lequel le moyen de liaison comprend une pluralité d’éléments thermiquement conducteurs (8) saillant de ladite face (FAR) de la puce et fixés sur le corps de capot par des moyens de fixation thermiquement conducteurs (9). Boîtier selon la revendication 4, dans lequel la puce est disposée au-dessus du substrat selon un montage du type puce retournée et ladite face de la puce supportant le dispositif optique est une face arrière (FAR) de la puce. Boîtier selon la revendication 4, dans lequel ladite face de la puce supportant le dispositif optique est une face avant (FAV) de la puce, la puce est disposée au-dessus du substrat par l’intermédiaire d’une face arrière (FAR) opposée à la face avant et des fils de connexion électriques (WB) relient la face avant de la puce au substrat support. Boîtier selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit moyen de liaison définit une première partie (31) dudit logement contenant le dispositif optique (7) et une deuxième partie dudit logement située entre le moyen de liaison et le corps de capot, et le boîtier comprend en outre un matériau d’interface thermique (50) remplissant la deuxième partie (32) du logement. Procédé de fabrication d’un boîtier optique de circuit intégré, comprenant une fourniture d’une puce électronique ayant une face supportant un dispositif optique, une réalisation, dans un logement défini par un substrat support et un capot comportant un corps de capot thermiquement conducteur fixé sur le substrat support et un moyen d’obturation optique fixé sur le corps de capot, d’un moyen de liaison (8) thermiquement conducteur et un couplage thermiquement conducteur (9) du moyen de liaison entre le corps de capot et la puce électronique disposée dans le logement au-dessus du substrat support, le dispositif optique étant en couplage optique avec le moyen d’obturation optique. Procédé selon la revendication 8, dans lequel la réalisation du moyen de liaison comprend une réalisation d’un anneau (80) entourant la puce. Procédé selon la revendication 9, dans lequel la réalisation de l’anneau comprend une réalisation d’un anneau discontinu (80). Procédé selon la revendication 10, dans lequel la réalisation de l’anneau comprend une réalisation d’une pluralité d’éléments thermiquement conducteurs (8) saillant de ladite face de la puce et le couplage thermiquement conducteur du moyen de liaison comprend une fixation de ces éléments saillant sur le corps de capot par des moyens de fixation thermiquement conducteurs (9). Procédé selon l’une des revendications 8 à 11, comprenant une fixation de la puce sur le substrat support par un montage du type puce retournée, ladite face de la puce étant une face arrière (FAR). Procédé selon la revendication 12, comprenant, -préalablement à la réalisation du moyen de liaison, une réalisation de moyens de connexion électriquement conducteurs (5) sur une face avant (FAV) de la puce, et -postérieurement à la réalisation du moyen de liaison (8), o une fixation de la puce sur le substrat support par l’intermédiaire desdits moyens de connexion (5) et un enrobage des moyens de connexion par un matériau de sous-remplissage (6), o une fixation du corps de capot sur le substrat support, et o ledit couplage thermiquement conducteur du moyen de liaison avec le corps de capot. Procédé selon l’une des revendications 8 à 11, comprenant une fixation de la puce sur le substrat par une face arrière (FAR) de la puce, opposée à ladite face supportant le dispositif optique qui est une face avant (FAV). Procédé selon la revendication 14, comprenant postérieurement à la réalisation du moyen de liaison (8), la fixation de la puce sur le substrat support, une formation de fils de connexion électriques entre la face avant de la puce et le substrat support, une fixation du corps de capot sur le substrat support et le couplage thermiquement conducteur du moyen de liaison avec le corps de capot. Procédé selon l’une des revendications 8 à 15, dans lequel la réalisation du moyen de liaison définit une première partie (31) dudit logement contenant la puce et une deuxième partie (32) dudit logement située entre le moyen de liaison et le corps de capot, et le procédé comprend en outre un remplissage de la deuxième partie (32) du logement par un matériau d’interface thermique (50).