INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
La montre un diagramme schématique d’une section transversale d’une partie d’une structure semi-conductrice 1 comprenant un chiplet 2 étant un chiplet GaN, fixé à une plaquette cible 20 étant une plaquette de silicium sur isolant (SOI). Les mêmes numéros de référence ont été utilisés pour les mêmes caractéristiques ou des caractéristiques équivalentes dans différentes figures pour faciliter la compréhension et ne sont pas destinés à limiter les modes de réalisation illustrés. Le chiplet 2 comprend une couche active 14, comprenant un ou plusieurs dispositifs semi-conducteurs tels que des transistors, une couche diélectrique 8, une première couche de passivation 6, et une deuxième couche de passivation 16. Le chiplet 2 est fixé à la plaquette cible 20 par une couche d’amélioration de l’adhérence 22 qui est une couche de colle (par exemple, comprenant du benzocyclobutène, BCB). Une couche de redistribution (RDL) 12 connecte électriquement le chiplet à la plaquette cible 20. En particulier, la RDL 12 connecte la couche métallique supérieure 18 du chiplet 2 à un plot métallique 24 (par exemple un plot en aluminium) à la surface de la plaquette cible 20. La RDL peut avoir une épaisseur de 3 µm. La plaquette cible 20 comprend une couche supérieure de silicium 26 (par exemple, une couche épitaxiale) et un substrat de silicium 28 séparés par une couche d’oxyde enterrée (BOX) 30. La plaquette 20 comprend une couche de passivation 32 (par exemple SiON) recouvrant la couche supérieure de silicium 26. La couche supérieure de silicium 26 de la plaquette SOI 20 est illustrée comme une couche unique, mais elle comprend le fond comprenant des couches métalliques, des couches diélectriques pour séparer la métallisation, et une couche de silicium active pour former des dispositifs semi-conducteurs dans la plaquette SOI. La couche de passivation 32 est ouverte pour exposer le tampon métallique 24. La structure, comprenant à la fois le chiplet, la RDL 12 et la plaquette SOI 20, est recouverte d’une troisième couche de passivation 34.
La montre un schéma d’une section transversale d’une partie d’une autre structure semi-conductrice 1. En plus des caractéristiques illustrées à la , la structure semi-conductrice 1 comprend une broche thermique 36. La broche thermique 36 comprend une partie de la couche métallique supérieure 18 du chiplet 2 et un trou d’interconnexion 38 connecté à cette partie de la couche métallique supérieure 18 et se terminant au niveau ou à proximité de la couche active 14 du chiplet 2. La couche active 14 peut comprendre un ou plusieurs dispositifs semi-conducteurs (par exemple, des transistors) du chiplet 2, qui dissipent la chaleur pendant l’utilisation. La broche thermique 36 est agencée pour transférer la chaleur de la couche active 14 à une partie de la RDL 12, réduisant ainsi l’accumulation de température dans le chiplet 2. Cette partie de la RDL 12 est à son tour connectée à une structure d’interface 42 comprenant un plot de connexion 43 situé dans une ouverture de la couche de passivation 34. Un boîtier électronique tel qu’une PCB (non représentée) peut être connecté à la RDL 12 via la structure d’interface 42. De préférence, le boîtier électronique comprend un dissipateur thermique qui est configuré pour être connecté à la RDL 12 et à la broche thermique 36 via la structure d’interface 42. Par exemple, la structure semi-conductrice 1 peut être connectée thermiquement au boîtier électronique par soudure ou par liaison filaire. Bien que la RDL 12 soit également utilisée pour connecter électriquement le chiplet 2 à la plaquette 20, la partie de la RDL 12 connectée à la broche thermique 36 n’a aucune connexion électrique dans le chiplet 2 ou dans la plaquette 20 et peut être laissée flottante. En d’autres termes, alors que d’autres parties de la RDL 12 sont connectées électriquement à des dispositifs semi-conducteurs dans la couche active 14 du chiplet 2 à une extrémité, et à d’autres dispositifs semi-conducteurs et/ou dispositifs passifs dans la plaquette cible 20 à l’autre extrémité, la partie de la RDL 12 connectée à la broche thermique 36 fait partie d’une structure de dissipation de chaleur, qui n’est pas utilisée pour les connexions électriques. Dans d’autres modes de réalisation, la structure de dissipation de chaleur peut être mise à la terre. La structure de dissipation de chaleur comprend en outre la troisième couche de passivation 34, qui comprend une couche épaisse de nitrure d’aluminium (AlN). La couche de passivation 34 peut avoir une épaisseur supérieure à 5 µm, par exemple 7 µm. La couche de passivation diélectrique 16 et du chiplet 2 peut également comprendre de l’AlN pour augmenter davantage le transfert de chaleur à partir du chiplet 2. Dans d’autres modes de réalisation, un matériau diélectrique différent à haute conductivité thermique peut être utilisé.
La représente une vue schématique de dessus d’une partie d’une structure semi-conductrice 1, telle que la partie représentée sur la ou la . La structure 1 comprend un transistor 44 comprenant une broche de grille 46, une broche de source 48 et une broche de drain 50. Chaque broche est connectée à une partie correspondante de la RDL 12a-c, qui relie le transistor 44 à la plaquette 20. La structure 1 comprend en outre une broche thermique 36 connectée à une autre partie de la RDL 12d. Cette partie de la RDL 12d peut avoir une surface relativement plus grande par rapport aux autres parties 12a-d afin de réduire la résistance thermique. La partie de la RDL 12d connectée à la broche thermique 36 n’est connectée électriquement à aucune des autres parties de la RDL 12a-c et peut être laissée flottante.
La montre une vue schématique de dessus d’une partie d’une structure semi-conductrice 1 comprenant plusieurs broches thermiques 36. De manière similaire à la structure 1 illustrée sur la , la structure 1 comprend un transistor 44 comprenant une broche de grille 46, une broche de source 48 et une broche de drain 50. Chaque broche est connectée à une partie correspondante de la RDL 12a-c, qui relie le transistor 44 à la plaquette 20. La structure 1 comprend en outre cinq broches thermiques 36 connectées à d’autres parties de la RDL 12d-f. Ces parties peuvent être connectées électriquement les unes aux autres, mais pas aux broches 46, 48 et 50.
La montre un schéma d’une section transversale d’une partie d’une autre structure semi-conductrice 1. En plus des caractéristiques de la structure 1 illustrée sur la , la structure de dissipation de chaleur comprend en outre une pluralité de couches métalliques 52 dans la couche supérieure de silicium 26 de la plaquette SOI 20 cible et connectées par des trous d’interconnexion 54. Les couches métalliques 52 augmentent davantage la surface totale de la section transversale du matériau thermoconducteur entre le chiplet 2 et la structure d’interface 42. Par exemple, la hauteur/épaisseur combinée de la RDL et de la pluralité de couches métalliques 54 peut être supérieure à 10 µm, par exemple 12 µm. La plaquette SOI 20 cible comprend une pluralité de plots métalliques 24 dans des ouvertures de la couche de passivation 32 connectant la pluralité de couches métalliques 52 à la RDL 12 et ainsi indirectement à la broche thermique 36. En utilisation, la chaleur est conduite de la broche thermique 36 à la RDL 12, de la RDL 12 à la pluralité de couches métalliques 52 dans la plaquette SOI 20 cible, et de la pluralité de couches métalliques 52 au plot de connexion 43 de la structure d’interface 42. Seule une partie de chaque couche métallique 52 peut constituer une partie de la structure de dissipation de chaleur, tandis que d’autres parties peuvent être utilisées pour se connecter à des dispositifs semi-conducteurs dans la plaquette SOI. Par conséquent, la structure de dissipation de chaleur comprend une partie de la pile de fond de la plaquette SOI 20 cible.
La montre un schéma d’une section transversale d’une partie d’une autre structure semi-conductrice 1. La structure semi-conductrice 1 est similaire à celle illustrée sur la , mais comprend un trou d’interconnexion traversant de silicium (TSV) 56 connecté à la pluralité de couches métalliques 52 dans la plaquette 20. Le TSV 56 est une partie de la structure d’interface 42 à laquelle une PCB ou un autre composant externe peut être connecté. Le TSV 56 permet à la chaleur d’être transférée du chiplet 2 via la RDL 12 et les couches métalliques 52 hors de la plaquette 20.
La montre un schéma d’une section transversale d’une partie d’une autre structure semi-conductrice 1, dans laquelle la structure d’interface 42 comprend à la fois un plot de connexion 43 dans une ouverture de la passivation supérieure 34 pour permettre la connexion à la RDL 12 et un TSV 56 connecté à la pluralité de couches métalliques 52 de la plaquette cible 20. La passivation supérieure 34 comprend une couche épaisse (par exemple 7 µm) d’AlN pour augmenter davantage le transfert de chaleur à partir du chiplet 2. La montre également une bosse de soudure 58 connectée à la RDL 12 via le plot de connexion 43 et faisant partie de la structure d’interface 42 pour la connexion à une PCB (non représentée).
La illustre une partie d’une autre structure semi-conductrice, dans laquelle la broche thermique 36 n’est pas connectée au métal RDL 12, mais directement à une couche d’AlN 60. La couche d’AlN 60 peut être la couche de passivation supérieure 34 ou peut être couverte par la couche de passivation supérieure 34. La couche d’AlN 60 est connectée à un plot de connexion 43 d’une structure d’interface 42 pour la connexion à une PCB ou à un autre boîtier électronique avec une bosse de soudure 58 et pour transférer la chaleur hors de la plaquette. La couche d’AlN 60 peut également être en contact avec la RDL 12 (non représentée sur la ), pour augmenter davantage la conductivité thermique entre le chiplet 2 et la structure d’interface 42. La deuxième couche de passivation 16 sur le chiplet 2 peut également comprendre de l’AlN, afin de réduire davantage la résistance thermique entre le chiplet 2 et la structure d’interface 42.
La montre une vue schématique en perspective d’une structure semi-conductrice 1, comprenant un chiplet 2 comprenant un transistor 44 et des broches de grille, de source et de drain 46, 48 et 50 destinées à être connectées aux bornes correspondantes du transistor 44. Le chiplet 2 est fixé à une plaquette SOI 20 par une couche de colle 22. La couche de colle 22 peut réduire la dissipation de chaleur du transistor 44, et le chiplet comprend donc une structure de dissipation de chaleur 62 comprenant une broche thermique 36 située dans le chiplet 2 et un chemin thermiquement conducteur 64 connecté à la broche thermique 36 au niveau d’une extrémité et à une structure d’interface 42 comprenant un pilier de cuivre à l’autre extrémité. Le chemin thermiquement conducteur peut comprendre une partie d’une couche RDL ou d’une couche diélectrique thermiquement conductrice (comprenant par exemple de l’AlN).
La montre un schéma de circuit de commutateur unipolaire bidirectionnel (SPDT) comprenant une structure semi-conductrice telle que décrite ici. La structure de dissipation de chaleur permet d’augmenter la puissance maximale du SPDT avant que la rupture thermique ne se produise. Les régions indiquées par des lignes pointillées incluent des composants de circuit provenant d’un ou plusieurs chiplets qui ont été imprimés par micro-transfert sur la plaquette RF-SOI.
La montre un schéma de circuit d’un circuit 66 comprenant une structure semi-conductrice telle que décrite ici. Le circuit comprend un transistor 44 et une broche thermique 36 (dans le chiplet) et des éléments d’adaptation d’impédance d’entrée et de sortie pour des connexions à la plaquette cible. Le circuit 66 peut faire partie d’un amplificateur à faible bruit (LNA) et peut être connecté au SPDT illustré à la .
En général, les modes de réalisation décrits ici peuvent fournir une structure semi-conductrice comprenant une plaquette, un chiplet fixé à la plaquette, et comprenant un dispositif semi-conducteur (par exemple un transistor) et une ou plusieurs couches métalliques connectées au dispositif semi-conducteur, une structure d’interface pour la connexion à la plaquette, et une structure de dissipation de chaleur pour transférer la chaleur du chiplet à la structure d’interface. Il peut y avoir un transfert de chaleur limité à travers le fond du chiplet dans la plaquette, et la structure de dissipation de chaleur peut empêcher l’accumulation et la rupture thermiques en augmentant le transfert de chaleur à partir du chiplet. Le chiplet est généralement fixé à la plaquette par une couche d’amélioration de l’adhérence, telle qu’une couche de colle, et peut comprendre au moins un matériau parmi le benzocyclobutène (BCB) et un matériau photo-électrique tel que l’InterVia™.
Le chiplet peut être un chiplet GaN comprenant un ou plusieurs dispositifs GaN, tels que des transistors à effets de champ (FET) ou des transistors à jonction binaire (BJT). Dans d’autres modes de réalisation, le chiplet comprend un élément parmi GaAs, SiC et InP. La plaquette peut être une plaquette de silicium sur isolant (SOI). La structure d’interface peut comprendre un trou d’interconnexion traversant de silicium (TSV) à travers une couche d’oxyde enterrée (BOX) de la plaquette SOI. La structure semi-conductrice peut être constituée d’un circuit de commutation unipolaire bidirectionnel (SPDT).
Une épaisseur 144 peut être mesurée de la première couche de feuille 102 à la seconde couche de feuille 112. En variante, il est envisagé que l’épaisseur 144 puisse être mesurée de la première couche de feuille 102 au niveau d’un creux, ou point le plus proche du conduit 78, à la seconde couche de feuille 112 au niveau d’un sommet, ou point le plus éloigné du conduit 78. Dans un exemple, l’épaisseur 144 peut varier de approximativement de 1,27 millimètre à 15,2 millimètres (0,05 pouce à 0,6 pouce). Une température de contact ou température de surface maximale au niveau de la seconde face 132 de la seconde couche de feuille 112 peut être de approximativement 288 °Celsius (550 degrés Fahrenheit ou 561 Kelvin) ou moins à un quelconque point du cycle de fonctionnement du moteur à turbine 10 ( ), par exemple. Dans d’autres exemples non limitatifs, la température de contact maximale peut être dépendante du système. Plus spécifiquement, la température de contact maximale pour un composant peut être déterminée par la température du matériau au sein du conduit 78 et/ou l’exigence de température de contact pour l’ensemble d’isolation thermique 100 isolant le conduit 78 sur la base des composants ou de l’environnement autour de l’ensemble d’isolation thermique 100. Par exemple, là où le conduit 78 est en contact avec un autre composant, une température de contact maximale de 260 °Celsius (500 degrés Fahrenheit ou environ 533 Kelvin) peut être utilisée. Dans un autre exemple, lorsqu’un fluide traversant le conduit est plus froid, tel qu’à moins de 260 °Celsius (environ 533 Kelvin ou 500 degrés Fahrenheit), ou est un fluide froid qui est isolé d’un environnement chaud, des températures de contact moindres seraient requises. De cette manière, il doit être compris que les géométries, les épaisseurs, la température ou les autres caractéristiques particulières pour l’ensemble d’isolation thermique 100 peuvent être dépendantes de, ou spécifiques à, l’ensemble particulier ou l’environnement associé. Par exemple, l’environnement de moteur ou l’environnement régional particulier peut déterminer des températures de contact requises, qui peuvent déterminer les épaisseurs ou d’autres exigences pour les revêtements afin d’atteindre la température de contact ou la variation de température souhaitée. De manière similaire, lorsque des fluides froids sont utilisés, l’ensemble d’isolation thermique 100 peut être conçu pour isoler les fluides froids, plutôt que d’empêcher des températures externes ou de contact excessives.
Une épaisseur de matériau 144 de la première couche de feuille 102 peut être mesurée de la première face 120 à la seconde face 122, et la seconde couche de feuille 112 peut être mesurée de la première face 130 à la seconde face 132. Bien qu’une quelconque valeur soit envisagée, l’épaisseur de matériau peut être entre approximativement de 0,025 millimètre à 0,025 millimètre (0,001 pouce et 0,008 pouce). Dans un exemple non limitatif, la conductivité thermique de la première couche de feuille 102 et de la seconde couche de feuille 112 peut être entre approximativement 8 Watts par mètre Kelvin (W/mK) et 242 W/mK (5 unités thermiques britanniques par pied heure degrés Fahrenheit (BTU/(ft*h*°F)) et 140 BTU/(ft*h*°F)). Bien qu’une quelconque valeur soit envisagée, l’émissivité de la première couche de feuille 102 et de la seconde couche de feuille 112 peut être entre 0,1 et 0,4. L’émissivité de 0,1 à 0,4 pour la première couche de feuille 102 peut correspondre à la première couche de feuille 102 dans un état intact.
Une épaisseur d’isolation 150 de la couche d’isolation 110 peut être mesurée de la première surface d’isolation 140 à la seconde surface d’isolation 142. L’épaisseur d’isolation varie de approximativement de 1,2 millimètre à 12,7 millimètres (0,05 pouce à 0,5 pouce)), bien qu’une quelconque valeur appropriée soit envisagée.
La couche opacifiante 106 peut être appliquée sur la première surface d’isolation 140 et la couche réfléchissante 108 peut être appliquée sur la couche opacifiante 106. Une telle application peut comporter un revêtement par pulvérisation, dans un exemple non limitatif. Facultativement, une couche d’apprêt (non illustrée) peut être ajoutée à la couche d’isolation 110 avant ou pendant l’application de la couche opacifiante 106 pour faciliter la liaison de la couche opacifiante 106 à la couche d’isolation 110.
La couche opacifiante 106 peut être opaque ou sinon bloquer le rayonnement IR, et par conséquent posséder une émissivité élevée. Par exemple, la couche opacifiante 106 peut être un revêtement réfringent. Par exemple, un revêtement en carbure de silicium peut former la couche opacifiante 106 pour bloquer le rayonnement infrarouge à des températures de fonctionnement élevées, avec une émissivité élevée. Dans un exemple, la couche opacifiante 106 peut posséder une émissivité de ou entre 0,4 et 1,0 à une plage de température de approximativement 1093 °Celsius (2000 degrés Fahrenheit ( ; approximativement 1366 Kelvin) ou moins. La couche opacifiante 106 peut posséder une épaisseur de ou entre approximativement 1,25 micromètre à 254 micromètres (0,00005 pouce et 0,01 pouce).
La couche réfléchissante 108 réfléchit une plage prédéterminée de rayonnement infrarouge. Par exemple, la couche réfléchissante 108 peut être un revêtement à base d’aluminium-silice. La couche réfléchissante 108 peut être adaptée, configurée ou sinon accordée sur une plage particulière de longueurs d’onde dans l’infrarouge dans le spectre électromagnétique. Un tel accord peut être atteint avec les matériaux utilisés ou des procédés de fabrication, par exemple. Dans un exemple non limitatif, la couche réfléchissante 108 peut réfléchir une plage de longueurs d’onde d’approximativement 0,7 à 1000 micromètres. La couche réfléchissante 108 fournit une réflexion élevée au niveau du conduit 78, tout en étant suffisamment durable pour supporter les températures élevées en étant près du conduit 78 ou en contact avec celui-ci. La couche réfléchissante 108 peut comporter l’un ou plusieurs parmi la silice, l’alumine, le dioxyde de titane, le silicium, l’aluminium, le titane, le tantale, le zirconium, l’yttrium, le niobium, le tungstène, le molybdène, le fer, l’oxygène, le germanium, le zinc, un sulfure, le soufre, un séléniure, le calcium, le fluor, le bore, le gallium, un arséniure, le cadmium, un tellurure, le césium, un bromure, un iodure, un verre de chalcogénure, le lithium, le magnésium, un fluorure, le nickel ou le cuivre, ou des combinaisons de ceux-ci.
Le moteur à turbine 10 ( ), et par conséquent l’ensemble d’isolation thermique 100 ou le conduit 78, peuvent être soumis à des pressions atmosphériques n’importe où entre 10 kilopascals (kPa) et 110 kPa au cours d’un cycle de fonctionnement. Il est en outre envisagé qu’au moins une partie du cycle de fonctionnement ait lieu à une pression atmosphérique de ou au-dessous de 80 kPa, de sorte que le moteur à turbine 10, le conduit 78 et l’ensemble d’isolation thermique 100 soient soumis à une pression atmosphérique de ou au-dessous de 80 kPa. Le rayonnement thermique à de telles pressions a lieu principalement par rayonnement infrarouge.
L’utilisation de la couche opacifiante 106 avec ou sous la couche réfléchissante 108 permet de bloquer un rayonnement infrarouge supplémentaire qui pourrait sinon s’échapper à travers la couche réfléchissante 108. Plus spécifiquement, les matériaux utilisés ou l’environnement de fonctionnement peuvent fournir des conditions dans lesquelles au moins une partie du rayonnement infrarouge traverse la couche réfléchissante 108. La couche opacifiante 106 peut réfléchir au moins une partie de ce rayonnement infrarouge qui traverse la couche réfléchissante 108 en retour vers ou à travers la couche réfléchissante 108.
En outre, les couches opacifiantes et réfléchissantes 106, 108 peuvent être accordées sur la plage anticipée du rayonnement infrarouge qui est émis à partir du conduit 78. La couche réfléchissante 108 peut être constituée de matériaux, fabriquée ou sinon adaptée pour réfléchir une grande quantité de rayonnement, dont une grande partie de rayonnement infrarouge. Lorsqu’une partie du rayonnement infrarouge peut s’échapper à travers la couche réfléchissante 108, l’accord de la couche réfléchissante 108 peut limiter la longueur d’onde électromagnétique ou la plage de celle-ci qui atteint la couche opacifiante 106. Une telle limitation peut être intentionnellement fabriquée pour la couche réfléchissante 108. La couche opacifiante 106 peut être accordée sur la même longueur d’onde ou plage que la couche réfléchissante 108, ou une autre longueur d’onde électromagnétique particulière, ou plage de celle-ci. L’accord pour la couche opacifiante 106 peut être adapté à la longueur d’onde pour un rayonnement infrarouge qui traverse la couche réfléchissante 108, afin de capter un rayonnement qui s’échappe à travers la couche réfléchissante 108, ou à des longueurs d’onde dans l’infrarouge différentes de celles de la couche réfléchissante 108, afin de couvrir une plage plus large de rayonnement infrarouge que celle qui est fournie par la couche réfléchissante 108 seule. Un tel accord peut être le résultat des matériaux utilisés ou du processus de fabrication pour la couche opacifiante 106. De cette manière, le rayonnement total, la chaleur, l’énergie ou autre qui est bloqué(e) et/ou réfléchi(e) par l’ensemble d’isolation thermique 100 à l’aide des couches opacifiante et réfléchissante 106, 108 est augmenté comparativement à un système qui n’utilise pas à la fois les couches opacifiante et réfléchissante 106, 108 ayant des tailles et des matériaux similaires.