Brevet FR3136888A1 — publié le 20231222

Boîtiers de circuit intégré La présente description concerne un dispositif électronique (200) comportant une puce électronique (102) située entre un couvercle (104) et un substrat d'interconnexion (106), dans lequel : a. la puce électronique (102) comprend des plots de contact (102c) situés en vis-à-vis d'une première face du substrat d'interconnexion (106) ; b. au moins une région métallique (202) relie thermiquement au moins un plot de contact (102c) de la puce au couvercle (104). Figure pour l'abrégé : Fig. 2A Boîtiers de circuit intégré La présente description concerne de façon générale les dispositifs électroniques et plus particulièrement les boîtiers de circuit intégré, par exemple les boîtiers de type matrice de billes ou BGA (de l'anglais "Ball Grid Array") et le montage de puces électroniques dans ces boîtiers. Les boîtiers BGA permettent d'intégrer électriquement une puce électronique à un dispositif extérieur ou un circuit imprimé (PCB, de l'anglais "Printed Circuit Board"). De tels boîtiers permettent, en outre, de participer à la dissipation de la chaleur produite par la puce grâce à différents chemins thermiques. Il existe un besoin d'amélioration des boîtiers pour puces électroniques. Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des boîtiers connus. Un mode de réalisation prévoit un dispositif électronique comportant une puce électronique située entre un couvercle et un substrat d'interconnexion, dans lequel : la puce électronique comprend des plots de contact situés en vis-à-vis d'une première face du substrat d'interconnexion ; au moins une région métallique relie thermiquement au moins un plot de contact de la puce au couvercle. Selon un mode de réalisation, ladite au moins une région métallique est en contact d’une part avec ledit au moins un plot de contact, et d’autre part avec le couvercle, ou avec une première couche thermiquement conductrice elle-même en contact avec le couvercle. Selon un mode de réalisation, la première couche thermiquement conductrice est électriquement isolante. Selon un mode de réalisation, le couvercle est métallique. Selon un mode de réalisation, le substrat d'interconnexion porte des billes de connexion sur une deuxième face, opposée à la première face, ladite au moins une région métallique étant connectée électriquement à au moins une bille de connexion. Selon un mode de réalisation, la connexion entre ladite au moins une région métallique et ladite au moins une bille de connexion est faite par un via métallique traversant le substrat d'interconnexion. Selon un mode de réalisation, ladite au moins une région métallique est connectée à la masse. Selon un mode de réalisation, ladite au moins une région métallique est en contact avec quatre plots de contact. Selon un mode de réalisation, ladite au moins une région métallique a trois dents, la dent centrale étant reliée à deux plots de contact et les deux autres dents étant chacune connectées à un plot de contact. Selon un mode de réalisation, une face de la puce électronique opposée aux plots de contact est en contact avec une deuxième couche thermiquement conductrice elle-même en contact avec le couvercle. Selon un mode de réalisation, ladite au moins une région métallique est formée dans une couche métallique du substrat d'interconnexion. Selon un mode de réalisation, ladite au moins une région métallique est en cuivre. Un autre mode de réalisation prévoit un assemblage dans lequel le dispositif électronique est monté sur un circuit imprimé ou un dispositif extérieur. 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 : la est une vue en coupe représentant un exemple d'un dispositif électronique monté sur un dispositif extérieur ; la est une vue en coupe représentant un dispositif électronique monté sur un dispositif extérieur selon un mode de réalisation ; la est une vue de dessus du dispositif électronique de la . 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. Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, la puce électronique a été décrite uniquement par sa géométrie et ses fonctions électroniques n'ont pas été décrites, le dispositif électronique étant compatible avec les puces usuelles à montage en surface. 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 (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments. 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 référence sauf précision contraire à l'orientation des figures. Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près. La est une vue en coupe représentant un exemple d'un dispositif électronique 100 monté sur un dispositif extérieur 108. Plus particulièrement, le dispositif électronique 100 correspond à une puce électronique 102 montée dans un boîtier 103. Le boîtier 103 comprend un couvercle 104 et un substrat d'interconnexion 106. Un tel boîtier 103 permet de relier électriquement la puce 102 au dispositif extérieur ou circuit imprimé 108. Pour cela, la puce 102 est connectée électriquement au substrat 106, et le substrat 106 est monté et connecté électriquement sur le dispositif extérieur 108. La puce électronique 102 comprend un corps 102a et un ou plusieurs plots de contacts 102c situés du côté d’une première face du corps 102a, à savoir sa face inférieure dans l’orientation de la . Les plots de contact 102c sont situés en vis-à-vis d'une première face du substrat d'interconnexion 106, à savoir sa face supérieure dans l’orientation de la . Le corps 102a de la puce 102 a, par exemple, en vue de dessus une forme sensiblement carrée ou rectangulaire. Le corps 102a de la puce a, par exemple, des dimensions en vue de dessus, supérieures à 5 mm par 5 mm, par exemple inférieures à 25 mm par 25 mm, par exemple de l'ordre de 15 mm par 15 mm. Le corps 102a de la puce comprend, par exemple, des circuits intégrés et des éléments électroniques, par exemple formés dans et/ou sur un matériau semiconducteur. A titre d'exemple, le corps 102a de la puce comprend un substrat semiconducteur (non détaillé sur la figure), par exemple en silicium, dans et sur lequel sont formés des composants électroniques, par exemple des transistors (non détaillés sur la figure), et un empilement de couches isolantes et conductrices appelé empilement d’interconnexion (non détaillé sur la figure), situé du côté de la face inférieure du substrat, dans lequel sont formés des éléments d’interconnexion des composants électroniques. Les plots de contact 102c sont par exemple disposés sur la face inférieure de l’empilement d’interconnexion de la puce 102. La connexion entre la puce 102 et le substrat d'interconnexion 106 s'effectue par l’intermédiaire des plots de contacts 102c de la puce. A titre d’exemple, les plots de contact 102c sont fixés et connectés électriquement à des plots de contact correspondants (non détaillés sur la figure) du substrat d’interconnexion 106, situés du côté de la face supérieure du substrat d’interconnexion 106. A titre d'exemple, la puce 102 comprend plusieurs plots de contact 102c. La puce comprend, par exemple, au moins une dizaine de plot de contact 102c, par exemple, au moins une centaine de plot de contacts 102c. A titre d'exemple, les plots de contact 102c sont régulièrement répartis sur la face inférieure du corps 102a. A titre d'exemple, les plots de contact 102c sont agencés en réseau matriciel. A titre d'exemple, les plots de contact 102c sont en un matériau conducteur électriquement. A titre d'exemple, les plots de contact 102c sont en un matériau métallique. Les plots de contact 102c sont, par exemple, en cuivre, en argent ou en étain, ou en un alliage, par exemple à base d'étain et d'argent (SnAg). Le substrat 106 permet d’assembler la puce de circuit intégré 102 au dispositif extérieur 108 selon une technique de montage en surface. A titre d'exemple, le substrat 106 a, en vue de dessus, une forme sensiblement carrée ou rectangulaire. A titre d'exemple, le substrat 106 est, en vue de dessus, plus grand que la puce 102. Le substrat 106 a, par exemple, des dimensions en vue de dessus, supérieures à 10 mm par 10 mm, par exemple inférieures à 110 mm par 110 mm, par exemple de l'ordre de 25 mm par 25 mm. Le substrat 106 comprend, par exemple, un empilement de niveaux métalliques et isolants dans lequel sont formés des éléments d’interconnexion. Le substrat 106 comprend, par exemple, des pistes métalliques horizontales dans l'orientation de la (non détaillées sur la figure) et/ou des vias métalliques verticaux dans l'orientation de la (non détaillés sur la figure). Le substrat 106 est connecté au dispositif extérieur 108 par l’intermédiaire de billes ou colonnes de connexion 110, connectant des contacts métalliques (non détaillés sur la figure) formés sur la face supérieure du dispositif extérieur 108, à des contacts métalliques (non détaillés sur la figure) formés sur une face inférieure du substrat 106. Ainsi, le substrat d'interconnexion 106 est traversé par des vias métalliques et porte, des billes de connexion 110 sur sa face opposée à la puce 102, à savoir sa face inférieure dans l’orientation de la . Les billes 110 sont par exemple régulièrement réparties sur la face inférieure du substrat 106, par exemple selon un réseau matriciel. Les dimensions latérales des billes 110 et le pas inter-billes 110 sont par exemple supérieurs respectivement aux dimensions latérales des plots de contact 102c et au pas inter-plots 102c. Le substrat 106 réalise ainsi une fonction d'étalement et de redistribution des contacts de la puce 102 vers les contacts du dispositif extérieur. A titre d'exemple, le couvercle 104 a, en vue de dessus, une forme similaire à la forme du substrat 106. A titre d'exemple, en vue de dessus, le couvercle a une forme sensiblement carré ou rectangulaire. Les dimensions latérales du couvercle 104 sont par exemple sensiblement identiques aux dimensions latérales du substrat 106. Le couvercle 104 du boîtier 103 est par exemple fixé au substrat 106 à l’aide d'une couche 112. A titre d'exemple, le couvercle 104 est fixé au substrat 106 de façon localisée c'est-à-dire que la couche 112 ne s'étend pas sur toute la périphérie du couvercle 104 et du substrat 106. A titre d'exemple, le couvercle 104 et le substrat 106 sont fixés l'un à l'autre par l'intermédiaire de la couche 112 seulement sur leurs quatre coins, le couvercle 104 et le substrat 106 étant ainsi en contact, par l'intermédiaire de la couche 112, seulement à quatre endroits. La couche 112 est par exemple en une colle de fixation. La couche 112 est par exemple en contact, par sa face inférieure, avec une région électriquement isolante du substrat 106, et, par sa face supérieure, avec la face inférieure du couvercle 104. Le couvercle 104 est par exemple en métal. Le couvercle 104 du boîtier 103 permet notamment de dissiper la chaleur accumulée dans la puce électronique 102. Pour cela, une couche d’interface thermique 114 fait par exemple interface entre la face supérieure de la puce 102 et le couvercle 104. La couche 114 est par exemple en contact, par sa face inférieure, avec la face supérieure de la puce 102, et, par sa face supérieure, avec la face inférieure du couvercle 104. La couche 114 présente par exemple une conductivité thermique supérieure à celle de l’air. La couche 114 est par exemple de la pâte, graisse ou colle thermique. Dans l'exemple décrit en relation avec la , une partie de la chaleur produite par la puce électronique 102 est dissipée par le couvercle 104. En pratique, les échanges thermiques dans un tel dispositif ne sont pas toujours suffisants pour dissiper la chaleur produite par la puce électronique de manière optimale. On propose alors ci-après l'augmenter les dissipations thermiques au sein du dispositif. La est une vue en coupe représentant un dispositif électronique 200 monté sur un dispositif extérieur selon un mode de réalisation 108. La est une vue de dessus du dispositif électronique 200 de la . Plus précisément, la est une vue de dessus du dispositif 200 de la dans laquelle certains éléments ont été représentés en transparence, comme le couvercle 104 et le corps 102a de la puce 102. La est une vue en coupe selon le plan de coupe AA de la . Le dispositif 200 illustré en figures 2A et 2B est similaire au dispositif 100 illustré en à la différence près qu'il comprend des régions métalliques 202, reliant thermiquement des plots de contact 102c au couvercle 104. Dans l’exemple représenté, les régions métalliques 202 sont en outre reliées thermiquement à des billes de connexion 110. Les régions métalliques 202 sont par exemple des pistes ou plages métalliques formées dans un niveau de métallisation supérieur du substrat d’interconnexion 106. Les régions métalliques 202 s'étendent par exemple, en vue de dessus, depuis les coins de la puce 102 vers les coins du substrat 106. A titre d'exemple, le dispositif 200 comprend quatre régions métalliques 202, chaque région métallique s'étendant d'un coin de la puce à un coin du substrat lui faisant face. A titre d'exemple, les régions métalliques 202 sont connectées, dans les coins de la puce, à certains plots de contact 102c. A titre d'exemple, chaque région métallique 202 est connectée à au moins un plot de contact 102c, par exemple un plots de contact de masse, situé dans un coin de la puce. A titre d'exemple, chaque région métallique 202 est connectée à quatre plots de contact 102c adjacents et situés dans un coin de la puce. Dans cet exemple, les régions métalliques 202 ont la forme d'une fourchette à trois dents dans lequel la dent centrale est connectée avec un premier plot de contact 102c situé dans un coin de la puce et avec un deuxième plot de contact 102c voisin du premier plot en direction du centre de la puce. Toujours dans cet exemple, les deux autres dents de la région métallique 202 sont respectivement connectées à des troisième et quatrième plots de contact 102c situés de part et d'autre de la dent centrale. Dans cet exemple, dans chacun des coins de la puce, les plots de contact 102c connectés aux régions métalliques 202 forment, par exemple, une matrice carrée de 2x2 plots de contact 102c. Le substrat 106 tel qu'illustré en figures 2A et 2B comprend, par exemple, plusieurs niveaux de métallisations 206 ou pistes, empilées et isolées entre elles au moins partiellement par des couches isolantes 208. Les régions métalliques 202 sont, par exemple, formées dans une couche métallique du substrat 106, par exemple dans la couche métallique correspondant au dernier niveau de métallisation du substrat 106, c'est-à-dire la couche métallique la plus proche de la face supérieure du substrat 106. Le substrat 106 comprend, en outre, des vias métalliques 204 permettant de connecter électriquement des pistes métalliques 206 de deux niveaux consécutifs entre elles, les pistes et vias formant un réseau d’interconnexion au sein du substrat 106. Les vias métalliques 204 traversent, par exemple, au moins partiellement le substrat 106 et connectent, par exemple, des pistes 206 à des billes de connexions 110. A titre d'exemple, chacune des régions métalliques 202 est connectée électriquement, par des éléments d’interconnexion du substrat 106, par exemple par l’intermédiaire d’un via métallique 204 traversant le substrat 106, à au moins une bille de connexion 110. Ainsi, selon un mode de réalisation préféré, chaque région métallique 202 relie thermiquement au moins un plot de contact 102c de la puce à au moins une bille de connexion 110 par l'intermédiaire d'au moins un via métallique 204. Dans le mode de réalisation des figures 2A et 2B, les régions métalliques 202 créent des chemins thermiques entre les plots de contact 102c de la puce 102 et le couvercle 104, et, de préférence, entre les plots de contact 102c et le dispositif 108. Les régions métalliques 202 permettent ainsi d'évacuer vers le couvercle 104 et, par exemple, vers le dispositif 108, une partie de la chaleur générée par la puce 102, en particulier par les circuits intégrés situés du côté de la face inférieure de la puce 102. Dans l’exemple des figures 2A et 2B, le couvercle 104 est relié thermiquement aux régions métalliques 202 au niveau des coins du substrat 106. Le couvercle peut être en contact direct, c'est-à-dire en contact mécanique, par sa face inférieure, avec les régions métalliques 202. A titre de variante, une couche 210 thermiquement conductrice fait interface entre la face inférieure du couvercle 104 et la face supérieure des régions métalliques 202. La couche 210 est par exemple en contact direct, par sa face inférieure, avec la face supérieure des régions métalliques 202, et, par sa face supérieure, avec la face inférieure du couvercle 104. A titre d'exemple, la couche 210 est en un matériau présentant une conductivité thermique supérieure à celle de l’air. A titre d'exemple, la couche 210 est en un matériau électriquement isolant. A titre d'exemple, le matériau thermiquement conducteur correspond à une colle thermique ou à une pâte thermique. A titre de variante, la couche 210 est en un matériau électriquement conducteur, par exemple un métal. Un avantage du mode de réalisation illustré en figures 2A et 2B est qu'il permet une meilleure dissipation thermique de la chaleur produite par la puce 102. Un autre avantage du mode de réalisation illustré en figures 2A et 2B est qu'il permet une dissipation thermique de la chaleur par une partie supérieure de la puce et par une partie inférieure de la puce. Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d’autres variantes apparaîtront à la personne du métier. En particulier, bien que l'on ait décrit un dispositif comportant quatre régions métalliques situées aux coins de la puce et du substrat, le nombre de régions métalliques peut être différent de quatre, par exemple supérieur à quatre. Des régions métalliques seront alors présentes hors des coins de la puce et du substrat. A titre d'exemple, le nombre de points de contact physique, entre le substrat 106 et le couvercle 104, le cas échéant par l'intermédiaire de la couche 210, est identique au nombre de régions métalliques ou inférieur à celui-ci. Par ailleurs, bien que les régions métalliques aient été décrites comme pouvant être des pistes métalliques du substrat, elles peuvent correspondre à des couches formées sur la face supérieure du substrat 106 et reliées au substrat 106 par des contacts localisés. De plus, la puce, le substrat et le couvercle ont été décrits comme ayant une forme sensiblement carrée ou rectangulaire, toutefois ils peuvent avoir une forme différente comme une forme oblongue, une forme carrée dont les bords sont arrondis ou une autre forme quelconque. A titre d'exemple, la puce, le couvercle et le substrat n'ont pas tous la même forme. Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. Dispositif électronique (200) comportant une puce électronique (102) située entre un couvercle (104) et un substrat d'interconnexion (106), dans lequel : la puce électronique (102) comprend des plots de contact (102c) situés en vis-à-vis d'une première face du substrat d'interconnexion (106) ; au moins une région métallique (202) relie thermiquement au moins un plot de contact (102c) de la puce au couvercle (104). Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ladite au moins une région métallique (202) est en contact d’une part avec ledit au moins un plot de contact (102c), et d’autre part avec le couvercle (104), ou avec une première couche thermiquement conductrice (210) elle-même en contact avec le couvercle (104). Dispositif selon la revendication 2, dans lequel la première couche thermiquement conductrice (210) est électriquement isolante. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le couvercle (104) est métallique. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le substrat d'interconnexion (106) porte des billes de connexion (110) sur une deuxième face, opposée à la première face, ladite au moins une région métallique (202) étant connectée électriquement à au moins une bille de connexion (110). Dispositif selon la revendication 5, dans lequel la connexion entre ladite au moins une région métallique (202) et ladite au moins une bille de connexion (110) est faite par un via métallique (204) traversant le substrat d'interconnexion (106). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel ladite au moins une région métallique (202) est connectée à la masse. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel ladite au moins une région métallique (202) est en contact avec quatre plots de contact (102c). Dispositif selon la revendication 8, dans lequel ladite au moins une région métallique (202) a trois dents, la dent centrale étant reliée à deux plots de contact (102c) et les deux autres dents étant chacune connectées à un plot de contact (102c). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel une face de la puce électronique (102) opposée aux plots de contact (102c) est en contact avec une deuxième couche (114) thermiquement conductrice elle-même en contact avec le couvercle (104). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel ladite au moins une région métallique (202) est formée dans une couche métallique (206) du substrat d'interconnexion (106). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel ladite au moins une région métallique (202) est en cuivre. Assemblage (100 ; 200) dans lequel le dispositif électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 est monté sur un circuit imprimé (108) ou un dispositif extérieur.