FR2885210A1 - Procede de realisation d'une paroi, en particulier d'un micro-echangeur thermique, et micro-echangeur thermique, comprenant en particulier des nanotubes - Google Patents

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Abstract

Procédé de réalisation d'une paroi, en particulier d'un micro-échangeur thermique pour dispositifs semi-conducteurs ou micro-systèmes, et micro-échangeur thermique, dans lesquels des particules (9) sont noyées dans une couche (4), dont certaines présentent une partie (9a) ancrée dans une paroi de ladite couche et une partie (9b) en saillie par rapport à cette paroi (6) après enlèvement de matériau.

Description

Procédé de réalisation d'une paroi, en particulier d'un micro-échangeur
thermique, et micro-échangeur thermique, comprenant en particulier des nanotubes
La présente invention concerne le domaine des dispositifs semiconducteurs ou des micro-systèmes.
L'accroissement des performances et la réduction croissante des dimensions des composants de tels dispositifs et systèmes engendrent de plus en plus des problèmes liés à des dégagements de chaleur.
La solution généralement proposée pour évacuer la chaleur dégagée consiste en l'utilisation de ventilateurs installés à proximité des dispositifs et systèmes dans le but de les refroidir globalement.
Il apparaît avantageux de concevoir des micro-échangeurs thermiques adaptés pour évacuer la chaleur dégagée localement dans de tels dispositifs et systèmes en créant des micro-canaux de circulation de fluides de transferts thermiques. Néanmoins, les quantités de chaleur évacuées dépendent en particulier des surfaces de contact entre la matière et le fluide.
La présente invention a tout d'abord pour objet un procédé de réalisation d'une paroi, en particulier d'un micro-échangeur thermique pour dispositifs semi-conducteurs ou micro-systèmes.
Selon l'invention, ce procédé consiste: à choisir un matériau-matrice susceptible de passer d'un état non solide à un état durci sous l'effet d'un traitement de changement d'état et, dans cet état durci, d'être altéré sous l'effet d'un traitement d'altération; et à choisir des particules en un matériau substantiellement insensible audit traitement de changement d'état et audit traitement d'altération Le procédé selon l'invention consiste: à mélanger une quantité de particules à une quantité du matériau-matrice à l'état non solide; à déposer ce mélange, au moins en partie, sur une surface d'un substrat; à appliquer ledit traitement de changement d'état au mélange déposé de façon qu'il passe à son état durci; à appliquer ledit traitement d'altération à une partie du volume du mélange déposé 2885210 2 durci et à enlever cette partie de volume ou la partie de volume complémentaire.
Selon l'invention, la paroi de la partie de volume restante du mélange déposé durci, correspondant à l'interface entre la partie de volume restante et la partie de volume enlevée, est avantageusement munie de particules partiellement ancrées dans cette partie de volume restante et constituant des aspérités.
Selon l'invention, ledit mélange est de préférence obtenu par brassage ou agitation.
Selon l'invention, ledit matériau-matrice est de préférence une résine thermodurcissable photosensible.
Selon l'invention, lesdites particules sont de préférence des nanotubes de carbone.
Selon l'invention, ce procédé consiste de préférence: à déposer une couche du mélange sur une surface d'un substrat; à appliquer ledit traitement de changement d'état à cette couche de façon qu'elle passe à son état durci; et à appliquer ledit traitement d'altération à au moins une zone de cette couche durcie et à enlever le volume de cette zone ou de la zone complémentaire.
Selon l'invention, le procédé peut avantageusement consister à appliquer ledit traitement d'altération jusqu'à la surface dudit substrat.
Selon l'invention, le procédé peut avantageusement consister à appliquer ledit traitement d'altération sur une partie superficielle de ladite couche.
La présente invention a également pour objet un micro- échangeur thermique, Selon l'invention, ce micro-échangeur thermique peut avantageusement comprendre un substrat à refroidir au moins localement, une couche formée sur au moins une partie d'une surface du substrat et des particules noyées dans ladite couche, dont certaines présentent une partie ancrée dans une paroi de ladite couche et une partie en saillie par rapport à cette paroi.
Selon l'invention, ce micro-échangeur thermique peut avantageusement comprendre un substrat: à refroidir au moins localement, une couche formée sur au moins une partie d'une surface du substrat et présentant au moins une tranchée, au moins un couvercle recouvrant ladite tranchée, de façon à constituer au moins un canal et des particules noyées dans ladite couche, dont certaines présentent des parties ancrées dans la paroi de ce canal et des parties en saillie dans ce canal.
Des modes particuliers de réalisation de la présente invention vont maintenant être décrits à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par le dessin, sur lequel: - La figure 1 représente une coupe d'un premier dispositif semi-conducteur ou micro-système selon l'invention; - La figure 2 représente une coupe locale agrandie du dispositif de la figure 1; - Les figures 3 à 7 représentent des étapes de fabrication du dispositif de la figure 1; - Et la figure 8 représente une coupe d'un second dispositif semi-conducteur ou micro-système selon l'invention.
En se reportant à la figure 1, on peut voir qu'on a représenté un dispositif semi-conducteur ou micro-système 1 qui comprend un support constitué par exemple par un substrat 2 intégrant des composants électroniques et/ou optiques ou autres.
Sur une face 3 de ce substrat 2, est formée une couche 4 dans laquelle est ménagée une tranchée 5 à parois latérales 6 perpendiculaires à la face 3, ou plusieurs tranchées, de telle sorte que la couche 4 présente des zones 4a recouvrant le substrat 2.
La tranchée 5 est recouverte d'un couvercle rapporté 7 fixé sur la face extérieure de la couche 4, de façon à transformer cette tranchée 5 en un canal 8.Dans le cas de plusieurs tranchées, un ou plusieurs couvercles peuvent être prévus.
En faisant circuler un fluide adapté dans le canal 8, par tout moyens appropriés, on peut alors évacuer]a chaleur dégagée dans le substrat 2, dans le voisinage de ce canal, directement par sa surface découverte dans la tranchée 5 et indirectement via la couche 4 par les parois latérales 6.
2885210 4 En se reportant à la figure 2, on peut voir que des particules 9, substantiellement réparties, sont noyées dans le matériau constituant la couche 4 et que les parois 6 sont munies de certaines de ces particules, telles qu'elles présentent des parties 9a ancrées dans le matériau constituant la couche 4 et des parties découvertes 9b en saillie par rapport à ces parois.
Les parties 9a des particules 9 constituent des aspérités formant des extensions des surfaces des parois 6 et contribuent à un meilleur transfert de chaleur entre la couche 4 et le fluide circulant dans le canal 8.
Il résulte de ce qui précède que la couche 4 munie du couvercle 7 constitue un micro-échangeur thermique rapporté sur le substrat 2.
En se reportant aux figures 3 à 7, on va maintenant décrire à titre d'exemple un mode de réalisation du dispositif 1, mettant en oeuvre les moyens largement connus dans le domaine de la micro-électronique.
En vue de constituer la couche 4, on choisit un matériau-matrice susceptible de passer d'un état non solide à un état durci sous l'effet d'un traitement de changement d'état et, dans cet état durci, d'être altéré sous l'effet d'un traitement d'altération. Ce matériau-matrice peut avantageusement être une résine thermodurcissable photosensible 10. A titre d'exemple, on peut choisir une résine connue sous la référence SU8 négative.
En vue de constituer les particules 9, on choisit des nanoparticules, par exemple des nanotubes de carbone, substantiellement insensibles audit traitement de changement d'état et audit traitement d'altération.
Dans une première étape représentée sur la figure 3, on disperse dans un récipient 11 une quantité de nanotubes 9 dans un liquide ou solvant 12, physiquement et chimiquement neutre vis-à-vis de ces nanotubes 9 et de la résine 10.
Cette étape est réalisée en assurant une agitation mécanique ou par ultrasons par tous moyens connus.
Dans une seconde étape représentée sur la figure 4, on ajoute progressivement une quantité de résine 10 à l'état non solide.
Cette étape est réalisée en assurant un brassage mécanique par tous moyens connus.
On obtient alors un mélange 13 dans lequel les nanotubes 9 sont répartis de préférence de façon homogène dans la résine 10 à l'état non solide.
Dans une troisième étape représentée sur la figure 5, on étale le mélange 13 sur la face 3 du substrat 2, par exemple utilisant la force centrifuge, de façon à obtenir une couche 4 sensiblement uniforme, dans laquelle sont noyés de façon substantiellement répartis et orientés aléatoirement les nanotubes 9.
Puis, on procède à un durcissement de la couche 4 par un traitement thermique approprié.
Dans une quatrième étape représentée sur les figures 6 et 7, on procède à une insolation locale de la partie 4a de la couche 4 au travers d'un masque 14, dans les zones ne correspondant pas à la tranchée 5 à réaliser. Puis, on procède à un enlèvement du volume de la partie 4b de la couche 4 correspondant à la tranchée 5, par exemple par immersion dans un développeur chimique, en formant les zones 4a du volume restant de la couche 4 et la tranchée 5. Dans le cas où le matériau-matrice serait une résine positive, on précèderait de façon inverse.
Les nanotubes 9 étant insensibles aux traitements ci-dessus d'insolation et de développement chimique, les parois 6 de la partie restante 4a de la couche 4 restent munies, comme indiqué plus haut, de nanotubes 9 orientés de façon aléatoire, ces nanotubes 9 présentant des parties 9a ancrées dans le matériau constituant cette couche et des parties découvertes 9b en saillie par rapport à ces parois 6.
On peut alors installer le couvercle 7.
A titre d'exemple, la couche 4 pourrait présenter une épaisseur égale à environ 200 micromètres et la tranchée 5 pourrait présenter une largeur égale à environ quelques micromètres à plusieurs millimètres. Les nanotubes pourraient présenter une longueur environ égale à quelques micromètres et un diamètre environ égal à quelques nanomètres.
En se reportant à la figure 8, on peut voir qu'on a représenté un autre dispositif semi-conducteur ou micro-système 100 qui comprend un support constitué par exemple par un substrat 101 intégrant des composants électroniques et/ou optiques ou autres.
Sur une face 102 du substrat 101 est formée une couche 103, par exemple en une résine, dans laquelle sont noyées des micro-particules, par exemple des nanotubes de carbone 104.
La paroi 105 de la couche 103, constituée par sa face extérieure opposée et parallèle à la face 102 du substrat 101, est munie de certains des nanotubes 104, qui, comme dans l'exemple précédent, présentent des parties ancrées dans la couche 103 et des parties en saillie par rapport à la paroi 105, qui constituent des aspérités formant des extensions de cette paroi.
La chaleur générée dans le substrat 101 peut alors être évacuée au travers de la couche 103, qui pourrait être réalisée localement sur des zones de ce substrat et qui constitue un échangeur thermique.
Pour réaliser le dispositif 100, on peut aussi mettre en oeuvre les moyens largement connus dans le domaine de la micro-électronique.
Par exemple, on étale un mélange 13 sur la face 102 du substrat 101 pour former une couche 106 plus épaisse que la couche 103 à obtenir. Puis, on insole cette couche 106 jusqu'à une profondeur correspondant à la surface 105 de la couche 103 à obtenir. On procède enfin à l'enlèvement du volume de la partie superficielle de la couche 106, jusqu'à ne laisser que le volume restant de la couche 103.
La présente invention ne se limite pas aux exemples ci-dessus décrits. Les matériaux utilisés pour le matériau-matrice et les micro-particules additionnées peuvent être choisis différemment. La forme du mélange déposé sur un substrat peut être adaptée aux échanges thermiques souhaités.

Claims (1)

  1. 7 REVENDICATIONS
    1. Procédé de réalisation d'une paroi, en particulier d'un microéchangeur thermique pour dispositifs semi-conducteurs ou micro-systèmes, caractérisé par le fait qu'il consiste A choisir un matériau-matrice (10) susceptible de passer d'un état non solide à un état durci sous l'effet d'un traitement de changement d'état et, dans cet état durci, d'être altéré sous l'effet d'un traitement d'altération A choisir des particules (9) en un matériau substantiellement insensible audit traitement de changement d'état et audit traitement d'altération et qu'il consiste A mélanger une quantité de particules à une quantité du matériau-matrice à l'état non solide, A déposer ce mélange, au moins en partie, sur une surface d'un substrat A appliquer ledit traitement de changement d'état au mélange déposé de façon qu'il passe à son état durci A appliquer ledit traitement d'altération à une partie du volume du mélange déposé durci et à enlever cette partie de volume ou la partie de volume complémentaire De telle sorte que la paroi (6) de la partie de volume restante du mélange déposé durci, correspondant à l'interface entre la partie de volume restante et la partie de volume enlevée, est munie de particules partiellement ancrées dans cette partie de volume restante et constituant des aspérités (9b).
    2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit mélange est obtenu par brassage ou agitation.
    3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que ledit matériau-matrice est une résine thermodurcissable photosensible.
    4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lesdites particules sont des nanotubes de carbone.
    5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il consiste à déposer une couche du mélange sur une surface d'un substrat; à appliquer ledit traitement de changement d'état à cette couche de façon qu'elle passe à son état durci; à appliquer ledit traitement d'altération à au moins une zone de cette couche durcie et à enlever le volume de cette zone ou de la zone complémentaire.
    6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il consiste à appliquer ledit traitement d'altération jusqu'à la surface 10 dudit substrat.
    7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il consiste à appliquer ledit traitement d'altération sur une partie superficielle de ladite couche.
    8. Micro-échangeur thermique, caractérisé par le fait qu'il comprend un substrat (2) à refroidir au moins localement, une couche (4) formée sur au moins une partie d'une surface du substrat, et des particules (9) noyées dans ladite couche, dont certaines présentent une partie (9a) ancrée dans une paroi de ladite couche et une partie (9b) en saillie par rapport à cette paroi.
    9. Micro-échangeur thermique, caractérisé par le fait qu'il comprend un substrat (2) à refroidir au moins localement, une couche (4) formée sur au moins une partie d'une surface du substrat et présentant au moins une tranchée, au moins un couvercle (7) recouvrant ladite tranchée, de façon à constituer au moins un canal et des particules noyées dans ladite couche, dont certaines présentent des parties (9a) ancrées dans la paroi de ce canal et des parties (9b) en saillie dans ce canal.
    10. Micro-échangeur thermique selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé par le fait que ladite couche comprend un matériau-matrice en une résine thermodurcissable photosensible et lesdites particules sont des nanotubes.
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