FR2977975A1 - Boitier electronique a via thermique et procede de fabrication - Google Patents

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Jean Gagnieux
Maxime Pailhes
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STMicroelectronics Grenoble 2 SAS
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Abstract

Boîtier électronique et procédé de fabrication d'un tel boîtier, dans lesquels au moins un élément de transfert thermique (17) est interposé entre une face avant d'une puce de circuits intégrés (4) et une face arrière d'une plaque de transfert thermique (13) ; et un bloc d'encapsulation (19) présente une partie s'étendant entre la face avant de la puce de circuits intégrés et la face arrière de la plaque de transfert thermique (13) et dans laquelle est noyé ledit élément de transfert thermique (17).

Description

GRB 11-2227FR 1 Boîtier électronique à via thermique et procédé de fabrication
La présente invention concerne le domaine des boîtiers électroniques incluant des puces de circuits intégrés. On connaît des boîtiers qui comprennent un plaque support de connexion électrique, au moins une puce de circuits intégrés présentant sur une face avant des circuits intégrés et, périphériquement, des plots avant de connexion électrique et dont une face arrière est fixée sur une face avant de la plaque support, des fils de connexion électrique reliés aux plots avant de la puce et à des plots avant de la plaque support, et un bloc d'encapsulation sur la face avant de la plaque support, dans lequel sont noyés la puce et les fils de connexion électrique. En vue d'évacuer la chaleur produite par la puce, de tels boîtiers connus peuvent être équipés d'une plaque métallique placée sur le bloc d'encapsulation et dont le bord périphérique est noyé dans le bloc d'encapsulation et peuvent être équipés d'un radiateur métallique collé sur la plaque métallique. Néanmoins, il s'avère qu'une telle disposition est insuffisamment performante notamment dans le cas où la quantité de chaleur à évacuer est importante. Il est proposé un boîtier électronique améliorant les conditions de l'évacuation de la chaleur. Ce boîtier électronique comprend : une plaque de support et de connexion électrique ; au moins une puce de circuits intégrés dont une face arrière est fixée sur une face avant de la plaque de support ; une plaque de transfert thermique s'étendant au-dessus et à distance d'une face avant de la puce de circuits intégrés ; au moins un élément de transfert thermique interposé entre la face avant de la puce de circuits intégrés et la face arrière de la plaque de transfert thermique ; et un bloc d'encapsulation présentant une partie s'étendant entre la face avant de la puce de circuits intégrés et la face arrière de la plaque de transfert thermique et dans laquelle est noyé ledit élément de transfert thermique.
Le boîtier peut comprendre des éléments de transfert thermique distants les uns des autres, substantiellement de forme cylindrique. Le boîtier peut comprendre des éléments de transfert thermique distants et à côté les uns des autres, substantiellement de formes allongées et parallèles.
Ledit élément de transfert thermique peut comprendre une colle conductrice de la chaleur. Le boîtier peut comprendre des fils de connexion électrique reliant des plots avant de la puce et des plots avant de la plaque de support, ces fils de connexion électrique étant noyés dans ledit bloc d'encapsulation. La plaque de transfert thermique peut comprendre au moins un rebord, au moins un élément de fixation pouvant être interposé entre ce rebord et la face avant de la plaque de support. Ledit élément de transfert thermique et ledit élément de fixation peuvent être de la même matière. Le boîtier peut comprendre un radiateur fixé au-dessus de la plaque de transfert thermique du capot. Le radiateur peut être fixé par l'intermédiaire d'une couche de colle en une matière conductrice thermique.
I1 est également proposé un procédé de fabrication d'un boîtier électronique. Ce procédé peut comprendre : fixer une face arrière d'au moins une puce de circuits intégrés sur une face avant d'une plaque de support ; déposer au moins une goutte en une matière déformable conductrice de la chaleur, sur une face avant de la puce de circuits intégrés; mettre en place une plaque de transfert thermique, cette plaque de transfert thermique étant placée sur ladite goutte et écrasant cette dernière, et durcir cette goutte de façon à former un élément de transfert thermique entre la puce de circuits intégrés et la plaque de transfert thermique ; et réaliser un bloc d'encapsulation présentant une partie s'étendant entre la face avant de la puce de circuits intégrés et la face arrière de la plaque de transfert thermique et dans laquelle ledit élément de transfert thermique peut être noyé. Le procédé peut comprendre en outre : déposer au moins une goutte d'une matière déformable sur la face avant de la plaque de support, puis mettre en place la plaque de transfert thermique, un rebord de la plaque de transfert thermique étant placé sur cette goutte et écrasant cette dernière, et durcir cette goutte de façon à former un élément de fixation entre la puce de circuits intégrés et la plaque de transfert thermique.
Ce procédé peut comprendre : déposer concomitamment la goutte destinée à former l'élément de transfert thermique et la goutte destinée à former l'élément de fixation. Le procédé peut comprendre : réaliser le bloc d'encapsulation par injection, des éléments de transfert thermique étant distants et à côté les uns des autres, substantiellement de formes allongées et parallèles et placés selon la direction de l'écoulement de la matière injectée. Le procédé peut comprendre : mettre en place des fils de connexion électrique reliant des plots avant de la puce et des plots avant de la plaque support avant la mise en place de la plaque de transfert thermique. Le procédé peut comprendre : fixer un radiateur sur la plaque de transfert thermique par l'intermédiaire d'une couche en une matière conductrice thermique.
Un boîtier électronique va maintenant être décrit à titre d'exemple non limitatif, illustré par le dessin annexé dans lequel : - la figure 1 représente une coupe d'un boîtier électronique ; - la figure 2 représente une coupe partielle à plat du boîtier de la figure 1, selon une variante de réalisation ; - la figure 3 représente une coupe partielle à plat du boîtier de la figure 1, selon une autre variante de réalisation ; et - les figures 4 à 7 représentent des étapes de fabrication du boîtier de la figure 1.
Comme illustré sur la figure 1, un boîtier électronique 1 comprend un plaque de support et de connexion électrique 2 incluant un réseau intégré d'interconnexion électrique 3, une puce de circuits intégrés 4 présentant dans une face avant 5 des circuits intégrés 6 et dont une face arrière 7 est fixée sur une partie centrale d'une face avant 8 de la plaque de support 2 par l'intermédiaire d'une couche de colle 9. Des fils de connexion électrique 10 relient des plots avant 11 de la puce 3, aménagés sur la périphérie de sa face avant 5, et des plots avant 3a du réseau d'interconnexion électrique 3 de la plaque de support 2, aménagés sur sa face avant 8. Sur la face arrière 8a de la plaque de support 2 sont disposées des billes de connexion électrique extérieure 12 placées sur des plots arrière 3b du réseau d'interconnexion 3 de la plaque de support 2. Le boîtier électronique 1 comprend également une plaque de transfert thermique 13, par exemple métallique, en particulier en cuivre recouvert de nickel, qui présente une partie centrale plate 14 qui s'étend au-dessus et à distance de la puce 4 et des fils de connexion 10, parallèlement à la face avant 8 de la plaque de support 2, et qui présente à la périphérie et à distance des fils de connexion 10, un ou des rebords 15 repliés vers la face avant 8 de la plaque support 2 et présentant une ou des parties terminales 15a parallèles à la face avant 8 de la plaque de support 2, ces rebords 15 étant aménagés de façon à laisser des ouvertures de passage 16. Entre la face avant 5 de la puce de circuits intégrés 4 et la face arrière de la partie centrale 14 de la plaque de transfert thermique 13 est interposée une pluralité d'éléments de transfert thermique 17 judicieusement placés en des endroits exempts de fils de connexion électrique 16.
Selon une variante de réalisation illustrée sur la figure 2, les éléments de transfert thermique 17 peuvent être substantiellement de formes cylindriques. Selon une autre variante de réalisation illustrée sur la figure 3, les éléments de transfert thermique 17 peuvent être substantiellement de formes allongées et disposés parallèlement les uns à côté des autres. Selon une variante de réalisation, les parties terminales 15a de la plaque de transfert thermique 13 peuvent être en appui sur la plaque de support 2. Selon une autre variante de réalisation illustrée sur la figure 1, une pluralité d'éléments de fixation 18 peut être interposée entre la face avant 5 de la plaque de support 2 et la face arrière de la ou des parties terminales 15a de la plaque de transfert thermique 13. Les éléments de transfert thermique 17 et les éléments de fixation 18 sont par exemple de la même matière, en particulier formés d'une colle époxy durcie chargée de particules métalliques, par exemple d'argent, de cuivre ou d'aluminium. Le boîtier électronique 1 comprend en outre un bloc d'encapsulation 19, en une matière telle que par exemple une résine époxy durcie, formé sur la face avant 8 de la plaque support 2 et dans lequel sont noyés la puce de circuits intégrés 4, les fils de connexion électrique 10 et les rebords 15 de la plaque métallique 13, les éléments de transfert thermique 17 et les éléments de fixation 18. Le bloc d'encapsulation 19 présente une face avant 20 parallèle à la face avant 8 de la plaque de support 2 et située dans le plan de la face avant de la partie centrale 14 de la plaque de transfert thermique 13. Le boîtier électronique 1 peut être équipé d'un radiateur 21 qui présente une face arrière plate 22 fixée sur la face avant plate de la partie centrale 14 de la plaque de transfert thermique 13 et éventuellement sur la face avant plate 20 du bloc d'encapsulation 19, par l'intermédiaire d'une couche de colle conductrice thermique 23. I1 résulte de ce qui précède que les éléments de transfert thermique 17 forment de vias de transfert thermique entre la puce de circuits intégrés 4 et la plaque de transfert thermique 13 et qu'en conséquence, la chaleur produite par la puce de circuits intégrés 4 peut être au moins en partie évacuée vers l'avant par le radiateur 22 préférentiellement par l'intermédiaire des éléments de transfert thermique et de la plaque métallique 13, la plaque métallique 13 et la couche de colle thermique 23 contribuant à une répartition surfacique de la chaleur sur la face arrière 22 du radiateur 21. La répartition des éléments de transfert thermique 17 peut être régulière ou irrégulière. Les positions sur la face avant 5 de la puce de circuits intégrés 4 et les sections des éléments de transfert thermique 17 peuvent être adaptées aux flux thermiques à évacuer sur différentes zones de cette face avant 5. On va maintenant décrire un mode de fabrication du boîtier électronique 1, qui peut résulter d'une fabrication collective d'une pluralité de boîtiers électroniques 1 sur une plaque de support et de connexion électrique commune 24 incluant des emplacements correspondant à la plaque de support et de connexion électrique 2. Comme illustré sur la figure 4, on installe, dans chaque emplacement, la puce de circuits intégrés 4 sur la plaque de support 2 à l'aide de la couche de colle 9. Puis, comme illustré sur la figure 5, on dépose, dans chaque emplacement, des gouttes d'une matière déformable conductrice de la chaleur 17A, en particulier des gouttes de colle thermique liquide ou pâteuse, sur la face avant 5 de la puce de circuits intégrés 4, aux endroits des éléments de transfert thermique 17 à réaliser, la hauteur de ces gouttes 17A étant supérieure à l'écartement entre la partie centrale 14 de la plaque de transfert thermique 13 et la face avant 5 de la puce de circuits intégrés 4 du boîtier 1 à réaliser. Avantageusement sur la même machine de dépose, on dépose concomitamment des gouttes d'une matière déformable conductrice de la chaleur 18A, en particulier des gouttes de la même colle thermique liquide ou pâteuse 18A, sur la face avant 8 de la plaque de support 2, aux endroits des éléments de fixation 18 à réaliser, la hauteur de ces gouttes 18A étant supérieure à l'écartement entre les parties terminales 15a de la plaque de transfert thermique 13 et la face avant 8 de la plaque de support 2 du boîtier 1 à réaliser.
Ensuite, comme illustré sur la figure 6, on met en place, dans chaque emplacement, la plaque de transfert thermique 13, en écrasant les gouttes de colle 17A et 18A et en amenant cette plaque de transfert thermique 13 à la position souhaitée par rapport à la plaque de support 2. Puis, on procède au durcissement de la colle, par exemple dans un four, de façon à obtenir les éléments de transfert thermique 17 et les éléments de fixation 18. Ensuite, comme illustré sur la figure 7, on place l'ensemble obtenu ci-dessus dans la cavité d'un moule 25, dans une position telle que la face arrière 8a de la plaque de support 2 et la face avant de la partie centrale 14 de la plaque de transfert thermique 13 soient contre des faces opposées parallèles 25a et 25b de cette cavité. Puis, on injecte la matière pour une réalisation collective du bloc d'encapsulation 19, la matière pénétrant au-dessous de la plaque de transfert thermique 13 grâce aux passages 16 aménagés dans ses rebords 15. Dans le cas où les éléments de transfert thermique 17 sont allongés comme illustré sur la figure 3, il est souhaitable que ces éléments de transfert thermique 17 soient allongés dans le sens de l'avancée de la matière injectée. Après durcissement de la matière, on procède au démoulage. Ensuite, on met en place les billes de connexion électrique 12 sur la face arrière 8a de la plaque de support 2. On peut ensuite procéder à une singularisation des boîtiers électroniques 1 obtenus collectivement, par exemple par sciage.
La mise en place du radiateur 21 peut être réalisée soit avant la singularisation soit ultérieurement. La présente invention ne se limite pas aux exemples ci-dessus décrits. Bien d'autres variantes de réalisation et de combinaison des dispositions décrites sont possibles, sans sortir du cadre défini par les revendications annexées.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS1. Boîtier électronique comprenant : une plaque de support et de connexion électrique (2) ; au moins une puce de circuits intégrés (4) dont une face arrière est fixée sur une face avant de la plaque de support ; une plaque de transfert thermique (13) s'étendant au-dessus et à distance d'une face avant de la puce de circuits intégrés ; au moins un élément de transfert thermique (17) interposé entre la face avant de la puce de circuits intégrés et la face arrière de la plaque de transfert thermique ; et un bloc d'encapsulation (19) présentant une partie s'étendant entre la face avant de la puce de circuits intégrés et la face arrière de la plaque de transfert thermique (13) et dans laquelle est noyé ledit élément de transfert thermique (17).
  2. 2. Boîtier selon la revendication 1, comprenant des éléments de transfert thermique (17) distants les uns des autres, substantiellement de forme cylindrique.
  3. 3. Boîtier selon l'une des revendications 1 et 2, comprenant des éléments de transfert thermique (17) distants et à côté les uns des autres, substantiellement de formes allongées et parallèles.
  4. 4. Boîtier selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit élément de transfert thermique (17) comprend une colle conductrice de la chaleur.
  5. 5. Boîtier selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant des fils de connexion électrique (10) reliant des plots avant de la puce et des plots avant de la plaque de support, ces fils de connexion électrique étant noyés dans ledit bloc d'encapsulation (19).
  6. 6. Boîtier selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la plaque de transfert thermique comprend au moins un rebord (15, 15a) et dans lequel au moins un élément de fixation (18) est interposé entre ce rebord (15a) et la face avant de la plaque de support (2).
  7. 7. Boîtier selon la revendication 6, dans lequel ledit élément de transfert thermique (17) et ledit élément de fixation (18) sont de la même matière.
  8. 8. Boîtier selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un radiateur (21) fixé au-dessus de la plaque de transfert thermique du capot.
  9. 9. Boîtier selon la revendication 8, dans lequel le radiateur est fixé par l'intermédiaire d'une couche de colle (23) en une matière conductrice thermique.
  10. 10. Procédé de fabrication d'un boîtier électronique, comprenant : fixer une face arrière d'au moins une puce de circuits intégrés (4) sur une face avant d'une plaque de support (2) ; déposer au moins une goutte (17A) en une matière déformable conductrice de la chaleur, sur une face avant de la puce de circuits intégrés ; mettre en place une plaque de transfert thermique (13), cette plaque de transfert thermique étant placée sur ladite goutte et écrasant cette dernière, et durcir cette goutte de façon à former un élément de transfert thermique entre la puce de circuits intégrés et la plaque de transfert thermique ; et réaliser un bloc d'encapsulation (19) présentant une partie s'étendant entre la face avant de la puce de circuits intégrés et la face arrière de la plaque de transfert thermique et dans lequel ledit élément de transfert thermique (17) est noyé.
  11. 11. Procédé selon la revendication 10, comprenant en outre : déposer au moins une goutte (18A) d'une matière déformable sur la face avant de la plaque de support, puis mettre en place la plaque de transfert thermique (13), un rebord (15a) de la plaque de transfert thermique étant placée sur cette goutte (18A) et écrasant cette dernière, et durcir cette goutte de façon à former un élément de fixation (18) entre la puce de circuits intégrés et la plaque de transfert thermique.
  12. 12. Procédé selon la revendication 11, comprenant : déposer concomitamment la goutte destinée à former l'élément de transfert thermique et la goutte destinée à former l'élément de fixation.
  13. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, comprenant ; réaliser le bloc d'encapsulation (19) par injection, des éléments de transfert thermique (17) étant distants et à côté les uns des autres, substantiellement de formes allongées et parallèles et placés selon la direction de l'écoulement de la matière injectée.
  14. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, comprenant ; mettre en place des fils de connexion électrique (10) reliant des plots avant de la puce et des plots avant de la plaque support avant la mise en place de la plaque de transfert thermique.
  15. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, comprenant : fixer un radiateur (21) sur la plaque de transfert thermique par l'intermédiaire d'une couche en une matière conductrice thermique (23).
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