FR3002085A1 - Composant incluant un element de conversion d'energie - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un composant (200) comprenant un boîtier (240), le boîtier renfermant un dispositif électronique (230) générant de la chaleur lors de son fonctionnement et un élément de conversion d'énergie (235), le composant comprenant une pluralité de broches de connexion (248) s'étendant jusqu'à l'extérieur du boîtier et connectées électriquement au dispositif électronique (230), dans lequel le dispositif électronique (230) et l'élément de conversion d'énergie (235) sont couplés thermiquement, et dans lequel le composant (200) comprend en outre au moins deux broches de sortie de courant (254) s'étendant jusqu'à l'extérieur dudit boîtier (240) et connectées électriquement à l'élément de conversion d'énergie de façon à collecter un courant généré par l'élément de conversion d'énergie (235).

Description

Arrière-plan de l'invention La présente invention concerne la fabrication de composants comprenant des dispositifs électroniques générant de la chaleur en fonctionnement, et porte plus particulièrement sur des composants comportant des moyens pour délivrer un courant électrique en sortie.

Par définition, on appelle « composants actifs » les composants qui permettent d'augmenter la puissance d'un signal (tension, courant, ou les deux). Pour obtenir cette puissance supplémentaire, il est nécessaire d'alimenter électriquement le composant. Les composants actifs comptent en particulier les transistors et les circuits intégrés.

Au contraire, un composant est dit « passif » lorsqu'il ne permet pas d'augmenter la puissance d'un signal. Dans certains cas, le rôle du composant est même de réduire la puissance, par effet Joule par exemple. Les composants passifs se différentient de leurs homologues actifs en ce qu'ils ne requièrent pas d'alimentation électrique pour fonctionner. Les résistances, condensateurs, bobine, filtres etc. comportent des bornes d'entrées-sorties mais sont dépourvues de bornes d'alimentation. Une des contraintes majeures dans le fonctionnement des équipements électroniques actuels résident dans leur consommation électrique. Cette contrainte est particulièrement critique dans les applications embarquées et les dispositifs portables (téléphones portables, tablettes etc.) qui sont prévues pour fonctionner de façon autonome au moyen de batteries. L'autonomie de fonctionnement est directement liée à la consommation électrique des composants électriques compris dans ces équipements portables.

Etant donné la complexité croissante des appareils électroniques modernes, il est d'autant plus essentiel de trouver des solutions permettant d'assurer une alimentation électrique fiable et adaptée aux différents composants électroniques d'un appareil. Il existe donc aujourd'hui un besoin pour de nouvelles solutions en termes de génération et de collecte d'énergie électrique dans les applications électroniques au sens large.

Objet et résumé de l'invention A cet effet, la présente invention concerne un composant comprenant un boîtier renfermant un dispositif électronique générant de la chaleur lors 5 de son fonctionnement et un élément de conversion d'énergie, le composant comprenant une pluralité de broches de connexion s'étendant jusqu'à l'extérieur du boîtier et connectées électriquement au dispositif électronique, dans lequel le dispositif électronique et l'élément de conversion 10 d'énergie sont couplés thermiquement et en ce que le composant comprend en outre au moins deux broches de sortie de courant s'étendant jusqu'à l'extérieur dudit boîtier et connectées électriquement à l'élément de conversion d'énergie de façon à collecter un courant généré par l'élément de conversion d'énergie. 15 L'invention permet ainsi avantageusement de valoriser la chaleur générée par un dispositif électronique dans un boîtier en convertissant cette chaleur en courant électrique. Ce courant électrique peut alors être délivré à l'extérieur du boîtier via les broches de sortie de courant de façon à pouvoir être utilisé pour une application quelconque. 20 Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif électronique et l'élément de conversion d'énergie comportent respectivement une première surface et une deuxième surface en regard l'une de l'autre, le couplage thermique étant réalisé de façon à ce qu'au moins 60% des première et deuxième surfaces soient couplées ensemble thermiquement. 25 Ce mode de réalisation permet, contrairement aux systèmes conventionnels utilisant des plots métalliques pour réaliser le couplage thermique, de maximiser le transfert de chaleur du dispositif électronique vers l'élément de conversion d'énergie et, par conséquent, d'obtenir une efficacité optimale de conversion de chaleur en courant électrique. 30 Dans un mode particulier, le couplage thermique entre les première et deuxième surfaces est continu. Autrement dit, la totalité des surfaces situées en regard sont couplées ensemble thermiquement. Lorsqu'il est continu, ce couplage thermique permet avantageusement d'optimiser les échanges de flux thermiques entre le dispositif électronique et 35 l'élément de conversion d'énergie, maximisant ainsi le rendement énergétique du composant.

Dans un mode de réalisation particulier, le couplage thermique entre le dispositif électronique et l'élément de conversion d'énergie est tel que le gradient thermique entre les deux surfaces en regard l'une de l'autre est inférieur ou égale à 20° C (degrés Celsius). Le flux de chaleur du dispositif électronique vers l'élément de conversion d'énergie est ainsi facilité, permettant de ce fait d'améliorer encore la conversion de chaleur en courant électrique. Dans un mode de réalisation particulier, ledit couplage thermique présente un coefficient de conductivité thermique supérieur ou égal à 10 W.rn-1.K-1. Le flux de chaleur du dispositif électronique vers l'élément de conversion d'énergie est ainsi facilité, permettant de ce fait d'améliorer encore la conversion de chaleur en courant électrique. Dans une première variante, l'élément de conversion d'énergie est un élément Seebeck.

Selon une deuxième variante, l'élément de conversion d'énergie comprend un élément multiferroïque couplé à un module de conversion, le module de conversion étant apte à convertir en courant électrique un champ magnétique généré par l'élément multiferroïque à partir de ladite chaleur. Selon une troisième variante, l'élément de conversion d'énergie comprend un élément pyroélectrique couplé à un convertisseur tension-courant, ledit convertisseur tension-courant étant apte à convertir en courant électrique une tension générée par l'élément pyroélectrique à partir de ladite chaleur. Dans un mode de réalisation particulier, l'élément de conversion d'énergie est sous la forme d'une couche sur laquelle est collé le dispositif électronique. On comprendra dans ce document par « couche », tous types de couches plus ou moins épaisses incluant également la notion de substrat. Dans un mode de réalisation particulier, le couplage thermique est réalisé par collage par adhésion moléculaire. L'élément de conversion 30 d'énergie est avantageusement au plus proche de la source chaude que constitue le dispositif électronique. La qualité du couplage thermique est ainsi optimale. Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif électronique est un circuit intégré (e.g. un microprocesseur). 35 Dans un mode de réalisation particulier, les broches de connexion sont des broches d'entrée-sortie ou des broches d'alimentation.

Corrélativement, la présente invention concerne un procédé de fabrication d'un composant comprenant : le couplage thermique d'un dispositif électronique générant de la chaleur lors de son fonctionnement et d'un élément de conversion d'énergie ; l'agencement d'une pluralité de broches de connexion connectées électriquement au dispositif électronique ; l'agencement d'au moins deux broches de sortie de courant connectées électriquement à l'élément de conversion d'énergie de façon à collecter un courant généré par l'élément de conversion d'énergie ; et le positionnement du dispositif électronique et de l'élément de conversion d'énergie dans un boîtier de sorte que les broches de connexion et les broches de sortie de courant s'étendent jusqu'à l'extérieur dudit boîtier. L'élément de conversion d'énergie peut correspondre à l'une des variantes définies ci-dessus en référence au composant de l'invention. Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif électronique et l'élément de conversion d'énergie comportent respectivement une première surface et une deuxième surface en regard l'une de l'autre, le couplage thermique étant réalisé de façon à ce qu'au moins 60% des première et deuxième surfaces soient couplées ensemble thermiquement. Dans un mode particulier, le couplage thermique entre lesdites première et deuxième surfaces est continu. Autrement dit, la totalité des 25 surfaces situées en regard sont couplées ensemble thermiquement. Dans un mode de réalisation particulier, l'élément de conversion d'énergie est sous la forme d'une couche, l'étape de couplage thermique étant réalisée en collant le dispositif électronique sur l'élément thermoélectrique. 30 Dans un mode de réalisation particulier, le collage est réalisé par adhésion moléculaire. Dans un mode de réalisation particulier, le collage est réalisé au moyen d'une couche intermédiaire de collage, celle-ci pouvant être en polysilicium ou en silicium par exemple.

Dans un mode de réalisation particulier, la couche intermédiaire de collage présentant un coefficient de conduction thermique d'au moins 10 wan-lx-1.

Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures: - la figure 1A représente, de manière schématique, un exemple d'élément thermoélectrique inclus dans un module de refroidissement thermoélectrique ; - les figures 1B et 1C représentent, de manière schématique, un exemple d'agencement d'un module de refroidissement thermoélectrique ; la figure 2 est une vue en perspective représentant, de manière schématique, un composant conforme à un premier mode de réalisation de l'invention ; les figures 3A-3G et 4 représentent, de manière schématique, les principales étapes d'un procédé de fabrication d'un composant conforme au premier mode de réalisation de l'invention ; - les figures 5A-5E et 6 représentent, de manière schématique, les principales étapes d'une variante du procédé de fabrication représenté en figures 3A-3G et 4 ; - les figures 7A à 7D représentent, de manière schématique, des variantes de mise en oeuvre de l'élément de conversion d'énergie de l'invention ; la figure 8 représente, de manière schématique, une autre variante de mise en oeuvre de l'élément de conversion d'énergie de l'invention ; et - la figure 9 est une vue en perspective représentant, de manière schématique, un composant conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention.35 Description détaillée de plusieurs modes de réalisation Comme indiqué ci-dessus, la présente invention concerne la fabrication de composants comprenant des dispositifs électroniques générant de la chaleur en fonctionnement, et porte plus particulièrement sur des composants comportant des moyens pour délivrer un courant électrique en sortie. La déposante a constaté qu'il n'existe pas aujourd'hui de solution satisfaisante pour valoriser l'énergie thermique générée par la plupart des dispositifs électroniques lors de leur fonctionnement. La présente invention propose donc de convertir en courant électrique l'énergie thermique générée par un dispositif électronique en fonctionnement, le courant ainsi généré pouvant ensuite être délivré hors d'un boîtier dans lequel est disposé le dispositif électronique. La présente invention met donc en oeuvre un composant renfermant un dispositif électronique générant de la chaleur en fonctionnement et un élément de conversion d'énergie, le dispositif électronique et l'élément de conversion d'énergie étant couplés thermiquement l'un avec l'autre. Le composant comprend en particulier au moins deux broches de sortie de courant s'étendant jusqu'à l'extérieur du boîtier et connectées électriquement à l'élément de conversion d'énergie de façon à collecter vers l'extérieur du boîtier un courant généré par l'élément de conversion d'énergie. Dans ce document, on entend par « couplage thermique » un état dans lequel deux éléments couplés échangent des flux de chaleurs lorsqu'un gradient de température existe entre ces deux éléments.

La présente invention permet ainsi de valoriser la chaleur générée par un dispositif électronique dans un boîtier, le courant électrique obtenu à partir de cette chaleur pouvant être utilisé avantageusement pour une quelconque application hors du boîtier. Comme indiqué ci-après, différentes mises en oeuvre de cet élément de 30 conversion d'énergie sont envisageables dans le cadre de la présente invention. Selon une première variante de l'invention, l'élément de conversion d'énergie est par exemple un matériau présentant des propriétés thermoélectriques. Dans ce cas, l'invention s'appuie donc sur le phénomène 35 de la thermoélectricité. L'effet thermoélectrique intervient notamment dans des matériaux semi-conducteurs de type P ou de type N. Un matériau semi- conducteur est de type P s'il présente un déficit d'électrons et de type N si il présente un excès d'électrons. Les électrons et les trous constituent des porteurs de charge, et plus particulièrement, des porteurs de charge majoritaires lorsque le matériau comprend un type de porteur en excès.

Dans un matériau de type N (respectivement de type P), les porteurs majoritaires sont des électrons (respectivement des trous). La thermoélectricité dans de tels matériaux peut se traduire par deux phénomènes physiques opposés : (1) la conversion d'une énergie électrique en un déplacement de chaleur, ou (2) la conversion d'une énergie thermique en énergie électrique. Plus spécifiquement, l'effet (2), qui nous intéresse dans le cadre de la présente invention, correspond à l'« effet Seebeck », celui-ci se manifestant par la conversion d'une différence de température en énergie électrique. Le courant électrique ainsi généré circule de la source froide vers la source chaude lorsque le matériau thermoélectrique est de type N et inversement lorsque le matériau est de type P. A noter que le courant électrique ainsi généré est dominé par les porteurs majoritaires, ces derniers transportant l'entropie de la source chaude vers la source froide.

La figure 1A représente schématiquement un premier exemple d'élément thermoélectrique au sens de l'invention. Cet élément thermoélectrique 2 est ici inclus dans un module de refroidissement Seebeck 10 fonctionnant sur la base de l'effet Seebeck. La construction et le fonctionnement du module 10 sont à présent décrits en référence à cette figure. Le module Seebeck 10 comprend un matériau thermoélectrique 2 intercalé entre deux électrodes 8 et 9. Un dispositif électronique 4 est disposé en contact thermique avec la face externe de l'électrode 8 du module de refroidissement Seebeck 10, le contact thermique entre le dispositif électronique et l'élément de conversion d'énergie étant ici continu. Les électrodes 8 et 9 situées aux bornes du matériau thermoélectrique 2 peuvent comporter au moins un matériau parmi l'aluminium et le cuivre, du silicium dopé, et tous autres matériaux électriquement conducteurs pouvant toutefois être utilisés.

Le matériau thermoélectrique 2 comporte au moins un matériau choisi parmi les matériaux suivants : un alliage de Bi-Te (par exemple du Bi2Te3), un dérivé ternaire BiTeSb, un dérivé ternaire Bi2Te3Se, un alliage de SiGe, un alliage de TeAn. Le coefficient de Seebeck du matériau thermoélectrique 2 est de préférence, en valeur absolue, supérieur à 100 pV/K, préférentiellement supérieur à 150 pV/K, et encore plus préférentiellement de l'ordre de 200 pV/K. La conductivité thermique du matériau thermoélectrique 2 est avantageusement supérieure à 5 W.riril.K-1, de préférence supérieure à 10 W.m-1.K-1, et encore plus préférentiellement supérieure à 15 W.rn-1.0.

En fonctionnement, le matériau thermoélectrique 2 est soumis à un gradient de température AT=Tc-Tf (avec Tc>Tf), où Tc est la température haute à laquelle se trouve l'électrode 8 et Tf est la température basse à laquelle se trouve l'électrode 9. Le flux de chaleur induit entre les électrodes 8 et 9par le gradient de température AT génère à son tour un mouvement des porteurs de charge majoritaires dans le matériau thermoélectrique 2. En réponse à ces mouvements de charges, un courant électrique 12 apparaît entre les électrodes 8 et 9 aux bornes du matériau thermoélectrique 2. En fonctionnement, la température du dispositif électronique diminue par conversion de la chaleur en courant électrique. Il est possible d'augmenter le courant électrique par connexion électrique de deux matériaux de type N et P respectivement. Cette configuration à deux branches constitue un thermocouple (cf. plus en détail ci-dessous).

Les figures 1B et 1C représentent schématiquement un deuxième exemple d'élément Seebeck au sens de l'invention, cet élément Seebeck prenant ici la forme d'un module 100 de refroidissement thermoélectrique fonctionnant sur la base de l'effet Seebeck. La construction et le fonctionnement du module Seebeck 10 sont à présent décrits en référence à ces deux figures. Le module Seebeck 10 comprend ici une pluralité de thermocouples 20. Chacun de ces thermocouples est constitué de deux branches formées respectivement par un premier matériau semi-conducteur M1 de type P et par un deuxième matériau semi-conducteur M2 de type N. Ces deux matériaux sont joints par un élément électriquement conducteur 2 dont le pouvoir thermoélectrique est supposé nul.

Chaque thermocouple 20 est relié électriquement en série avec les thermocouples 20 voisins (à l'exception bien entendu des thermocouples situés aux deux extrémités du module 10 qui ne sont relié qu'à un seul thermocouple). En figure 1C, les deux branches M1 et M2 du thermocouple 20 sont reliées électriquement via l'élément conducteur 2A. Les éléments conducteurs 2B et 2C assurent notamment la liaison électrique avec les thermocouples 20 voisins. Alternativement, les thermocouples 20 peuvent être montés électriquement en parallèle. Le montage en série est toutefois préféré car il permet d'optimiser le flux thermique qui traverse le module 10. La chaîne de thermocouples 20 ainsi formée est ici intercalée entre deux plaques 4 et 6 thermiquement conductrices. Chaque couple 20 est couplé thermiquement via les éléments 2 avec les plaques 4 et 6. En fonctionnement, le module 10 est soumis à un gradient de température AT=Tc-Tf où Tc > Tf. Tc indique ici la température haute à laquelle se trouve la plaque 4 qui constitue la source chaude du module. Inversement, Tf indique ici la température basse à laquelle se trouve la plaque 6 qui constitue la source froide. Le flux de chaleur induit entre la source froide 6 et la source chaude 4 par le gradient de température génère à son tour un mouvement des porteurs de charge dans les branches M1 et M2 de chaque couple : les « trous » (charges positives) et les électrons (charges négatives) se déplacent de la source froide 6 à la source chaude 4 dans respectivement les branches M1 (de type P) et M2 (de type N). En réponse à ces mouvements de charges, un courant électrique apparaît entre les éléments 2B et 2C de chaque couple thermoélectrique 20. La figure 2 représente un composant 200 conforme à un premier mode de réalisation de l'invention. Le composant 200 comprend un boîtier 240 renfermant un dispositif électronique 230, ce dernier générant de la 30 chaleur lors de son fonctionnement. Dans ce document, on entend par « dispositif électronique », tous dispositifs ou motifs résultant d'étapes technologiques réalisées sur un substrat quelconque. Il peut s'agir en particulier de composants actifs ou passifs, de composants discrets ou de circuits intégrés plus complexes, de 35 circuits analogiques ou numériques, de composants de puissance. Un dispositif électronique au sens de l'invention peut également correspondre à un composant optoélectronique (photodiodes, phototransistor, diode laser, opto-coupleur...). Dans le cas présent, le dispositif électronique 200 est un circuit intégré (un microprocesseur par exemple) et prend la forme d'une puce électronique. La puce électronique 230 comporte une zone active 208 dotée en surface de plages de contact (ou bornes) 242 via lesquels des signaux de données peuvent notamment être échangés. Une alimentation électrique peut également être appliquée via ces plages de contact 242.

Le dispositif électronique 230 est couplé thermiquement à un élément de conversion d'énergie 235 de façon à former collectivement un module 225. Dans cet exemple, le dispositif électronique 230 et l'élément de conversion d'énergie 235 sont couplés thermiquement (CT) par collage. Le collage est réalisé dans cet exemple entre la face du dispositif 230 et la face de l'élément de conversion d'énergie 235 situées en regard l'une de l'autre. De plus, l'élément de conversion d'énergie 235 est dans cet exemple un élément Seebeck apte à convertir en courant électrique la chaleur générée par le dispositif électronique 230. Comme expliqué plus en détail ultérieurement, on comprendra que d'autres mises en oeuvre de l'élément de conversion d'énergie sont toutefois possibles dans le cadre de l'invention. L'élément thermoélectrique 235 se présente ici sous la forme d'une couche de matériau thermoélectrique sur laquelle est collé le dispositif électronique 230. Le dispositif électronique et l'élément de conversion d'énergie comportent respectivement une première et une deuxième surface en regard l'une de l'autre (i.e. en correspondance l'une en face de l'autre). Afin d'optimiser les échanges de flux thermiques entre le dispositif électronique 230 et l'élément de conversion d'énergie 235, le couplage thermique peut être réalisé de sorte qu'au moins 60%, et de préférence au moins 95% des première et deuxième surfaces soient couplées ensemble thermiquement (i.e. en contact thermique). On comprendra dans ce document que ladite première (respectivement deuxième) surface mentionnée ci-dessus peut correspondre à tout ou partie d'une face de l'élément électronique (respectivement de l'élément de conversion d'énergie) selon le cas. Ainsi, dans ce mode de réalisation particulier, le dispositif électronique et l'élément de conversion d'énergie peuvent par exemple comporter respectivement une première et une deuxième face partiellement en regard l'une de l'autre, de sorte que seules les portions desdites faces positionnées effectivement en regard (i.e. en correspondance l'une en face de l'autre) sont couplées ensemble thermiquement sur au moins 60% de la surface desdites portions respectives. De manière encore plus préférée, le couplage thermique entre les surfaces en regard du dispositif électronique 230 et de l'élément de conversion d'énergie 235 est continu, ce qui signifie que 100% des deux 10 surfaces en regard sont couplées thermiquement l'une avec l'autre. Contrairement à une mise en contact conventionnelle faisant intervenir des plots métalliques par exemple (couplage thermique discontinu), le couplage thermique selon l'invention permet d'homogénéiser et de maximiser la surface d'échange de chaleur entre les surfaces en regard du dispositif 15 électronique et de l'élément de conversion d'énergie. Le couplage thermique entre le dispositif électronique 230 et l'élément de conversion d'énergie 235 est en outre de préférence tel que le gradient thermique entre les deux surfaces en regard l'une de l'autre est faible, c'est- à-dire tel que Gd 20°C, de préférence 10°C, et encore plus 20 préférentiellement Gd = 0°C. Lorsque le couplage thermique entre les première et deuxième surfaces en vis-à-vis présente un gradient thermique faible comme défini ci-dessus, il en résulte de manière avantageuse que les températures des surfaces en question sont très proches voire égales l'une de l'autre. Pour ce faire, l'élément de conversion d'énergie est positionné de 25 préférence au plus proche de la source de chaleur constituée par le dispositif électronique : on obtient ainsi un contact intime entre les deux éléments. Toutefois, comme expliqué en détail par la suite, le contact entre le dispositif électronique et l'élément de conversion d'énergie peut être direct ou indirect (c'est-à-dire via au moins un élément intermédiaire). 30 Toujours afin d'optimiser l'échange des flux thermiques, l'interface entre le dispositif électronique 230 et l'élément de conversion d'énergie 235 présente de préférence un coefficient de conduction thermique supérieur à 5 K de préférence supérieur à 10 W.m-1.K-1, et encore plus préférentiellement supérieur à 15 W.m-1.K-1. Comme expliqué ci-après, cette 35 interface peut être de différentes natures et présenter différentes formes.

Le module 225 est fixé sur un support 238, l'ensemble étant encapsulé dans le boîtier 240. Le composant 200 comporte en outre une pluralité de broches de connexion 248 contenues dans le boîtier 240 et s'étendant à l'extérieur de ce dernier. Ces broches 248 sont connectées électriquement aux plages de contact 242 de la puce via des fils de connexion 245 respectifs. Ces broches 248 sont des broches d'alimentation et/ou des broches d'entrées-sorties (I/O) permettant l'échange de signaux de données entre le dispositif 230 et l'extérieur du boîtier 240.

De plus, l'élément de conversion d'énergie 235 comporte ici deux bornes électriques 252 à partir desquels il est possible de collecter un courant généré à partir de la chaleur produite par le dispositif électronique 230. Les deux bornes 252 sont chacune connectées électriquement à une broche de connexion respective 254 s'étendant également jusqu'à l'extérieur du boîtier 240. Conformément à l'invention, le composant 200 comporte donc un boîtier doté d'une pluralité de broches de connexion classiques (I/O ou d'alimentation) et d'une paire de broches 254 de sortie de courant, cette paire permettant de collecter un courant susceptible d'être généré dans la couche de conversion d'énergie 235 lorsque le dispositif électronique 230 chauffe (en cours de fonctionnement et éventuellement, dans une certaine mesure, après fonctionnement). Dans l'exemple envisagé ici, l'élément de conversion d'énergie 235 est un élément Seebeck capable de générer un courant électrique par effet 25 Seebeck. Plus particulièrement, lorsque le dispositif électronique 230 chauffe du fait de son fonctionnement, un flux de chaleur se créer entre le dispositif 230 et la couche thermoélectrique 235 grâce au couplage thermique CT entre ces deux éléments. Comme expliqué ci-avant en référence aux figures lA et 1B, 30 les mouvements de porteurs de charge induits dans la couche thermoélectrique 235 génèrent un courant Seebeck qui est transporté via les fils 250 et les broches de sortie de courant 254 à l'extérieur du boîtier 240. L'invention permet ainsi avantageusement, au moins en partie, de convertir en énergie électrique la chaleur dissipée par le dispositif 35 électronique 230, en particulier au niveau de la zone active 208. Le composant 240 peut donc assurer, en plus des fonctions classiques d'un composant tel qu'un circuit intégré par exemple (filtrage, amplification, mémoire, traitements quelconques...), une fonction de génération et de fourniture d'un courant électrique. Le composant 200 peut par exemple être monté sur une carte électronique d'une application quelconque (téléphone mobile...) de sorte que les broches de sortie de courant 254 sont connectées aux bornes d'un autre composant. Il est ainsi possible d'alimenter au moins partiellement cet autre composant au moyen d'un courant produit par le composant 200. Autrement dit, le courant produit par le composant de l'invention peut avantageusement faire office d'alimentation électrique principale ou complémentaire pour un autre composant. On peut en outre envisager que le courant ainsi produit soit au moins en partie appliqué sur les broches d'alimentation du composant de l'invention.

Un procédé de fabrication du composant conforme au premier mode de réalisation ci-dessus est à présent décrit en référence aux figures 3A-3G et 4. Plus particulièrement, la figure 3A représentent une plaque 300 (ou wafer), par exemple, de type SOI (pour « Silicon On Insulator»). La plaque 300 se présente ici sous la forme d'un empilement d'une couche supérieure 302 sur une couche inférieure 306, une couche enterrée 304 se trouvant à l'interface entre ces couches 302 et 306. Les couches supérieures et inférieures sont par exemple toutes deux en Silicium et la couche enterrée 304 en Si02.

On comprendra toutefois que la plaque 300 n'est pas nécessairement de type SOI mais peu alternativement être une plaque multicouche d'un type quelconque ou un substrat massif. La plaque 300 comprend en outre une pluralité de microcomposants 308 agencés ici au niveau de sa surface supérieure 301a. Dans ce document, on entend par « microcomposants », tous dispositifs ou motifs résultant des étapes technologiques réalisées sur un substrat quelconque. Il peut s'agir en particulier de composants actifs ou passifs, de composants discrets ou de circuits intégrés plus complexes. Au cours d'une étape de collage E2, un substrat 310 (en silicium dans 35 cet exemple) est collé sur la face supérieure 301a de la plaque SOI 300 (figure 3B). Comme expliqué ci-après, ce substrat 310 fait office de « poignée » ou de support provisoire au cours d'une partie de ce procédé de fabrication. Dans l'exemple décrit ici, l'assemblage E2 de la plaque 300 et du substrat 310 est réalisé au moyen de la technique de collage par adhésion moléculaire bien connue de l'homme du métier. D'autres techniques de collage peuvent toutefois être utilisées, comme par exemple le collage anodique, un collage métal/métal, un collage par thermo compression métallique, ou avec adhésif. A l'étape suivante E4 (figure 3C), la plaque 300 est amincie au niveau de sa face 301b opposée à la face de collage 301a (i.e. au niveau de sa face arrière). Dans cet exemple, l'amincissement E4 comprend une phase mécanique (à l'aide d'une meule abrasive par exemple) suivie d'une phase chimique (à l'aide d'une solution d'attaque de type TMAH ou KOH par exemple) de façon à retirer la totalité de la couche inférieure 306. La couche enterrée 304 fait ici office de couche d'arrêt lors de la gravure chimique. La face arrière 310b de la plaque 300b est préparée en vue d'un deuxième collage à venir. On notera toutefois que d'autres techniques d'amincissement peuvent être envisagées dans le cadre de la présente invention (procédé 20 SmartCutTM...). Suite à l'étape E4, un élément de conversion d'énergie 315 est couplé thermiquement avec la plaque 300 (E6, cf. figure 3D). Dans un mode particulier, au moins 60%, de préférence au moins 95%, et de manière encore plus préférée 100% (i.e. couplage thermique continu) 25 des surfaces en regard (i.e. les faces 301b et 315b dans cet exemple) sont couplées ensemble thermiquement. Dans l'exemple considéré ici, le couplage thermique est continu puisque la totalité des faces 301b et 315b est en contact. De plus, comme indiqué ci-avant, le gradient thermique Gd entre les 30 deux surfaces en regard 301b et 315b peut avantageusement être tel que Gd 5 20°C, de préférence Gd 10°C, encore plus préférentiellement Gd = 0°C. L'élément de conversion d'énergie 315 est ainsi apte à convertir en courant électrique la chaleur pouvant être générée par les microcomposants 308. Dans l'exemple considéré ici, les faces en regard 301b et 315b sont de 35 surface identique et le couplage thermique de l'invention est obtenue en réalisant un contact pleine plaque de l'élément de conversion d'énergie 315 avec la plaque 300. Comme représenté en figure 3D, l'élément de conversion d'énergie 315 peut comporter un substrat massif (ou une structure hétérogène), le substrat 300 étant collé sur cet élément de conversion d'énergie lors de l'étape de couplage thermique E6. De plus, dans l'exemple envisagé ici, l'élément de conversion d'énergie 315 est un élément Seebeck, bien que d'autres modes de réalisation soient envisageables (cf. ci-après). Cet élément Seebeck 315 peut se présenter sous la forme d'un substrat massif thermoélectrique ou d'une structure hétérogène comportant au moins un matériau thermoélectrique. L'élément Seebeck 315 peut toutefois présenter un agencement structurel plus complexe et comprendre, par exemple, au moins un couple thermoélectrique P-N 20 tel que décrit précédemment en référence aux figures 1 et 2.

Lorsque l'élément Seebeck 315 se présente sous la forme d'un substrat ou d'une structure hétérogène, des électrodes (non représentées) doivent être formées de part et d'autre du film, comme déjà expliqué en référence à la figure 1. Ces électrodes se présentent alors sous la forme de deux couches électriquement conductrices (en aluminium ou en cuivre par exemple) situées sur les faces opposées 315a et 315b de l'élément Seebeck 315. En revanche, lorsque l'élément Seeback 315 est réalisé conformément à l'exemple des figures 2 et 3, il n'est pas nécessaire d'ajouter de couches conductrices sur les deux faces 315a et 315b (comme expliqué ci-après). Dans le cas où l'élément de conversion d'énergie 315 est un élément Seebeck, il présente donc des caractéristiques physiques permettant de mettre en oeuvre l'effet Seebeck lorsqu'il est soumis à un gradient de température. De manière non limitative, l'élément thermoélectrique peut par exemple être formé d'au moins l'un des matériaux suivants : un alliage de Bi-Te (par exemple du Bi2Te3), un dérivé ternaire BiTeSb, un dérivé ternaire Bi2Te3Se, un alliage de SiGe et un alliage de TeAn. Afin d'optimiser les échanges de flux thermiques entre la plaque 300 et l'élément de conversion d'énergie 315, le couplage thermique est de préférence réalisé de façon continue entre les faces 301b et 315a en regard l'une de l'autre.

De plus, dans un mode particulier, au moins 60%, de préférence au moins 95%, et de manière encore plus préférée 100% (i.e. couplage thermique continu) des surfaces en regard (i.e. les faces 301b et 315b dans cet exemple) sont couplées ensemble thermiquement. Dans l'exemple considéré ici, le couplage thermique est continu puisque la totalité des faces 301b et 315b est en contact.

De plus, comme indiqué ci-avant, le gradient thermique Gd entre les deux surfaces en regard 301b et 315b est de préférence tel que Gd 5_ 20°C, de préférence Gd 10°C, encore plus préférentiellement Gd = 0°C. Afin d'optimiser l'échange de flux thermiques entre la plaque 300 et l'élément de conversion d'énergie 315, l'interface entre ces deux éléments présente de préférence un coefficient de conduction thermique supérieur ou égal à 5 W.m-1.K-1, de préférence supérieur ou égal à 10 W.m-1.K-1, et encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 15 W.rn-1.0. Cette interface peut être de différentes natures et présenter différentes formes. Dans ce premier mode de réalisation, le couplage thermique est réalisé par collage de l'élément de conversion d'énergie 315 sur la face 301b de la plaque 300. On entend dans ce document par « collage » toute technique adaptée permettant de faire adhérer directement ou indirectement un élément sur un autre. Dans le cas présent, le collage peut être réalisé par adhésion moléculaire, par collage anodique, par collage métal/métal, par un collage par thermo compression ou avec adhésif. Dans un mode particulier, le collage est réalisé au moyen d'au moins une couche intermédiaire de collage ou couche d'adhésion (non représentée) située à l'interface de collage entre la plaque 300 et l'élément de conversion d'énergie 315. La réalisation, à l'aide de l'un des modes de collage cités précédemment, d'un couplage thermique réalisé comme expliqué ci-dessus (bien que cela ne soit pas obligatoire) permet de maximiser le transfert de chaleur du dispositif électronique vers l'élément de conversion d'énergie et, par conséquent, d'obtenir une meilleure efficacité de conversion de chaleur en courant électrique.

La réalisation du couplage thermique par collage par adhésion moléculaire présente notamment l'avantage en ce que l'élément de conversion d'énergie est au plus proche de la source chaude constituée par le dispositif électronique. Lorsqu'une couche intermédiaire de collage (ou d'adhésion) est utilisée, 35 celle-ci est choisie de préférence de façon à avoir de bonnes propriétés de conduction thermique. Dans un exemple particulier, la couche de collage présente un coefficient de conduction thermique supérieur ou égal à 10 W.rn1.-1, de préférence supérieur ou égal à 50 W.rn-1.K-1, et encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 100 W.rn-1.K-1. Cette couche intermédiaire de collage est par exemple en polysilicium ou en silicium amorphe. Une fois le couplage thermique effectué, le substrat 310 qui faisait office de poignée est retiré (E8) de façon à obtenir une structure 320 comprenant des dispositifs électroniques 308 au niveau de la face 301a couplés thermiquement avec l'élément thermoélectrique 315 (figures 3Ea et 3Eb appelées collectivement 3E). Une étape de découpe E10 est ensuite réalisée de façon à séparer la structure multicouche 320 en une pluralité de composants individuels 325 (figure 3F). Chacun de ces composants 325 comprend une section 330 de la plaque 300 amincie assemblée avec une portion correspondante 335 de l'élément thermoélectrique 315. Chaque section 330 comprend au moins un microcomposant 308 et correspond plus généralement à un dispositif électronique générant de la chaleur lors de son fonctionnement. On considère ici l'exemple d'une structure individuelle 325 ne contenant qu'un unique microcomposant 308.

L'étape de découpe E10 permet de conserver les caractéristiques du couplage thermique de l'invention décrites ci-avant entre ici la portion 335 de l'élément de conversion d'énergie 315, d'une part, et le dispositif électronique 330 (incluant un microcomposant 308), d'autre part. Le cas échéant, au moins 60%, de préférence au moins 95%, et de manière encore plus préférée 100% (i.e. couplage thermique continu) des surfaces en regard du dispositif électronique 330 d'une part et de l'élément de conversion d'énergie 335 d'autre part (i.e. les faces 330b et 335a dans le cas présent) sont couplés ensemble thermiquement. De plus, comme indiqué ci-avant, le gradient thermique Gd entre les deux surfaces en regard est de préférence tel que Gd 20°C, de préférence 10°C, encore plus préférentiellement tel que Gd est nul. Comme déjà indiqué ci-avant, la présente invention ne se limite toutefois pas aux types de couplage thermique mentionnés ci-dessus, d'autres types de couplages thermique étant envisageables dans le cadre de l'invention.

L'étape de découpe nécessite généralement l'emploi d'un substrat support de sorte à conserver l'intégrité du substrat 300. Dans le mode réalisation décrit ici, l'élément de conversion d'énergie joue le rôle de substrat support lors de l'étape de découpe des dispositifs électroniques. Chaque composant 325 est ensuite positionné et fixé sur un support (E12).

Des broches de connexion 345 sont connectées de manière conventionnelle à la zone active 308 du dispositif 330 afin de pouvoir contrôler et/ou alimenter ce dernier en cours de fonctionnement (E14). La connexion entre les broches 345 et le dispositif 308 est ici réalisée via des fils de connexion (en or par exemple).

De plus, deux broches de connexion 350, correspondant à des broches de sortie de courant, sont agencées de façon à être chacune connectées électriquement à une borne électrique 352 respective de l'élément de conversion d'énergie 335 afin de collecter un courant généré par l'élément de conversion d'énergie 335 à partir de la chaleur produite par le microcomposant 308. Comme indiqué ci-avant, l'élément de conversion d'énergie 335 est ici un élément Seebeck apte à générer un courant électrique par effet Seebeck à partir de la chaleur produite par le microcomposant 308. Dans le cas par exemple où une succession de thermocouples P-N 20 est reliée électriquement en série tout le long de la couche de l'élément de conversion d'énergie 335, une électrode 350 est appliquée à chacune des extrémités de la chaîne de thermocouples (comme représenté en figure 3G). Dans ce cas, il n'est donc pas nécessaire d'avoir des couches électriquement conductrices disposées sur les deux faces 335a et 335b de l'élément de conversion thermoélectrique 335. En revanche, si l'élément de conversion d'énergie 335 est un élément Seebeck se présentant sous la forme d'un film monocouche ou multicouche, les électrodes 350 sont montées de façon à être reliées électriquement aux couches conductrices (non représentées) qui, comme indiquées ci-avant, doivent être formées sur les deux faces 335a et 335b de l'élément Seebeck 335. La connexion des broches 345 et 350 avec respectivement le dispositif électronique 330 et l'élément de conversion d'énergie 335 est par exemple assurée par des fils de connexion (en or ou Al par exemple). L'ensemble 325 est ensuite encapsulé (E18) dans un boîtier 340 de 35 façon à ce que les broches de connexion 345 et les broches de sortie de courant 350 s'étendent jusqu'à l'extérieur du boîtier 340.

Les broches de sortie de courant 350 sont ainsi configurées de façon à pouvoir délivrer un courant électrique généré par l'élément de conversion d'énergie 335 à l'extérieur du boîtier 340. Les techniques de connexion et d'encapsulation utilisées ici sont bien 5 connues de l'homme du métier et ne seront pas décrites en détail. Un procédé de fabrication d'un composant selon une variante du premier mode de réalisation ci-dessus est à présent décrit en référence aux figures 5A-5E et 6. Plus particulièrement, la figure 5A représente une plaque 500 (ou 10 wafer), par exemple, de type SOI (pour « Silicon On Insulator») identique à la plaque 300 de la figure 3A. La plaque 500 correspond à un empilement d'une couche supérieure 502 sur une couche inférieure 506, une couche enterrée 504 se trouvant à l'interface entre ces couches 502 et 506. Les couches supérieures et inférieures sont par exemple toutes deux en Silicium 15 et la couche enterrée 504 en Si02. De même que pour la plaque 300, la plaque 500 n'est pas nécessairement de type SOI mais peu alternativement être une plaque multicouche d'un type quelconque ou encore un substrat massif. La plaque 500 comprend également des microcomposants 508 agencés 20 ici au niveau de sa surface inférieure 501b. Au cours de l'étape E22, un élément de conversion d'énergie 515 est couplé thermiquement avec la plaque 500 (figure 5B) de la même manière que décrit précédemment en référence au couplage thermique E6. L'élément de conversion d'énergie 515 présente des caractéristiques identiques à celles 25 de l'élément de conversion d'énergie 315 et peut comprendre dans cet exemple un substrat massif (ou une structure hétérogène). De même que pour l'élément de conversion d'énergie 315 précédemment décrit, l'élément de conversion d'énergie 515 peut par exemple correspondre à un élément thermoélectrique, bien que des 30 variantes soient envisageables. Le couplage thermique selon l'invention est ici réalisé par collage de l'élément de conversion d'énergie 515 sur la face inférieure 501b de la plaque 500. Comme indiqué précédemment, toute technique de collage adaptée peut être envisagée. Dans le cas présent, et de manière non 35 limitative, le collage peut être réalisé par adhésion moléculaire, par collage anodique, par collage métal/métal, par un collage par thermo compression ou avec adhésif. Dans un mode particulier, le collage est réalisé au moyen d'au moins une couche intermédiaire de collage (non représentée) à l'interface de collage entre la plaque 500 et l'élément de conversion d'énergie 515.

Par ailleurs, l'élément de conversion 515 sert d'élément raidisseur ou de support de la plaque 500. Ainsi il est possible de poursuivre les étapes de fabrication des dispositifs électroniques même après collage avec l'élément de conversion d'énergie 515. Ultimement, l'étape de couplage entre les éléments 515 et 500 peut être exécutée avant la fabrication des dispositifs électriques sur le substrat 500. Une fois le couplage thermique réalisé, la plaque 500 est amincie (E24) au niveau de sa face supérieure 501a (face arrière) de la même manière qu'indiqué ci-avant en référence à l'étape E4, de façon à retirer la totalité de la couche supérieure 502 (figure 5C). La couche enterrée 504 fait ici aussi office de couche d'arrêt lors de la gravure chimique. Une étape de découpe E26 identique à l'étape E10 ci-dessus est ensuite réalisée afin de séparer la structure multicouche 520 en une pluralité de composants individuels 525 (figure 5D). Chacun de ces composants 525 comprend une section 530 de la plaque 500 assemblée avec une portion correspondante 535 de l'élément de conversion d'énergie 515. Chaque section 530 comprend au moins un microcomposant 508 et correspond plus généralement à un dispositif électronique générant de la chaleur lors de son fonctionnement. On considère ici également l'exemple où le composant 525 contient un unique microcomposant 508. De même que pour le premier mode, l'étape de découpe E26 permet de conserver les propriétés du couplage thermique de l'invention entre l'élément de conversion d'énergie 535 et le dispositif électronique 530. L'étape de découpe nécessite généralement l'emploi d'un substrat 30 support de sorte à conserver l'intégrité du substrat 500. Dans le mode de réalisation décrit ici, l'élément de conversion d'énergie joue le rôle de substrat support lors de l'étape de découpe des dispositifs électroniques. On réalise ensuite les étapes E28, E30, E32 et E34 de façon identique respectivement aux étapes E12, E14, E16 et E18 décrites ci-avant. A l'issue 35 de l'étape d'encapsulation E34, le dispositif électronique 530 et l'élément de conversion d'énergie 535 sont enfermés dans un boîtier 540 analogue au boîtier 240 de façon à former une structure 560. Le boîtier 540 comporte en particulier des broches de connexion classiques 545 et une paire de broches 550 de sortie de courant conformément à l'invention. Cette variante de réalisation diffère du procédé représenté en figures 5 3A-3G en ce que la zone active 508 du dispositif 530 est enterrée de sorte qu'une connexion électrique plus complexe est nécessaire avec les broches de connexion 545. Dans cet exemple, des trous (ou « vias ») traversant 565 aménagés dans l'épaisseur de la section de plaque 530 assurent la connexion électrique entre les électrodes 545 et le microcomposant 508 situé au niveau 10 de l'interface de collage avec l'élément de conversion d'énergie 535. Typiquement, ces vias sont réalisés au préalable lors du procédé de fabrication de la plaque 500. De façon analogue à la figure 3G, les deux broches de sortie 550 sont connectées aux bornes électriques 552 de l'élément de conversion d'énergie 15 535 afin de collecter un courant électrique généré à partir de la chaleur produite par le dispositif électronique 530. Dans le cas où l'élément de conversion d'énergie 535 est un élément Seebeck, le courant électrique est généré grâce à l'effet Seebeck. Dans une variante aux premier et deuxième modes de réalisation 20 décrits ci-dessus, l'étape de découpe E8 (respectivement E26) peut être réalisée à un stade plus précoce dans le procédé de fabrication de l'invention. Par exemple, la découpe E8 peut être réalisée entre les étapes E4 et E6. Dans ce cas, lors de l'étape E6 qui suit, un élément de conversion d'énergie respectif est couplé thermiquement avec chaque portion de plaque 25 300. Les exemples de mise en oeuvre décrits ci-avant concernent la fabrication d'une structure multicouche. On peut alternativement envisager une structure selon l'invention dans laquelle au moins un dispositif électronique et un élément de conversion d'énergie au sens de l'invention 30 sont agencés dans un même bloc de matériau. Autrement dit, l'agencement sous forme de couches n'est pas obligatoire pour obtenir un couplage thermique entre les dispositifs électroniques et l'élément de conversion d'énergie de l'invention. L'élément de conversion d'énergie peut, par exemple, être intégré directement dans un composant électronique de façon 35 à obtenir le couplage thermique.

Par ailleurs, dans les exemples décrits précédemment, le couplage thermique est réalisé par collage. On peut toutefois utiliser toutes autres techniques appropriées permettant d'obtenir un tel couplage thermique. D'autre part, comme déjà indiqué ci-avant, l'élément de conversion d'énergie au sens de l'invention est apte à convertir en courant électrique la chaleur susceptible d'être générée par au moins un dispositif électronique inclus dans la structure. Toutefois, cet élément de conversion d'énergie peut prendre d'autres formes que celle d'un élément Seebeck tel que décrit précédemment.

Selon une seconde variante de l'invention, l'élément de conversion d'énergie au sens de l'invention comprend un élément multiferroïque couplé à un module de conversion. Cet élément multiferroïque est apte à générer un champ magnétique à partir de la chaleur produite par un dispositif électronique inclus dans la structure. Pour ce faire, l'élément de conversion d'énergie est de préférence couplé thermiquement de façon continue avec le dispositif électronique en question. De plus, le module de conversion est apte à convertir en courant électrique le champ magnétique généré par l'élément multiferroïque. L'élément multiferroïque est formé par exemple par le matériau multiferroïque Ni45Co5Mn40Sn10 ou tout autre matériau multiferroïque permettant de convertir de l'énergie thermique en un champ magnétique. Une structure 760 conforme à un exemple de cette seconde variante est à présent décrite en référence aux figures 7A à 7D. La structure 760 illustrée en figure 7A présente un agencement très similaire à celui des structures 306 et 560 précédemment décrites et diffère principalement dans la réalisation de l'élément de conversion d'énergie de la structure 760. Plus précisément, la structure 760 comprend un boîtier 740 renfermant un composant 725, ce dernier comportant une plaque 730 couplée 30 thermiquement avec un élément de conversion d'énergie 767. Le dispositif électronique 730 présente les mêmes caractéristiques que la section de plaque 330 précédemment décrite en référence à la figure 3G. Dans cet exemple, la plaque 730 comporte donc une couche 704 et un microcomposant 708, des électrodes 745 étant montées sur le 35 microcomposant 708 de façon à s'étendre jusqu'à l'extérieur du boîtier 740.

Les éléments 704, 708 et 745 sont identiques respectivement aux éléments 304, 308 et 345 précédemment décrits. Le couplage thermique de l'élément de conversion d'énergie 767 avec la plaque 730 (et en particulier avec le microcomposant 708) peut être réalisé 5 de la même manière que dans l'étape de couplage thermique E6 précédemment décrite. Grâce à ce couplage thermique, l'élément de conversion d'énergie 767 est apte à convertir en courant électrique la chaleur pouvant être générée par le dispositif 730, en particulier par le microcomposant 708 situé dans ce 10 dispositif 730. L'élément de conversion d'énergie 767 comprend un élément multiferroïque 764 ainsi qu'au moins une électrode 766. L'élément multiferroïque 764 est apte à convertir en un champ magnétique la chaleur susceptible d'être produite par le dispositif 15 électronique 730. L'élément multiferroïque 764 se présente ici sous la forme d'une couche (par exemple sous la forme d'un substrat). De plus, une électrode 766 de l'élément de conversion d'énergie 767 est ici formée sur la surface inférieure 764b de l'élément multiferroïque 764. Alternativement, cette électrode 766 peut être formée sur la face opposée 20 764a de l'élément multiferroïque 764 de façon à être à l'interface entre la plaque 730 et l'élément multiferroïque 764. Il faut dans ce cas s'assurer qu'il n'y est aucun court-circuit entre cette électrode et le microcomposant 708. Il est également possible de former deux électrodes 766 respectivement sur les surfaces 764a et 764b de l'élément multiferroïque 764. 25 Chaque électrode 766 peut se présenter sous la forme d'une couche électriquement conductrice, formée par vaporisation par exemple. Comme expliqué plus en détail par la suite, chaque électrode 766 peut être formée d'une couche uniforme ou présenter des formes plus complexes. L'élément multiferroïque 764 est couplé avec l'électrode 766 de sorte 30 que cette dernière puisse convertir en courant électrique un champ magnétique généré par l'élément multiferroïque 764 lorsque de la chaleur est produite par la plaque 730. Des électrodes 750 identiques aux électrodes 350 sont agencées dans le boîtier 760 de façon à collecter vers l'extérieur du boîtier 740 le courant généré aux bornes 752 de chaque électrode 766. 35 Les figures 7B, 7C et 7D représentent d'autres exemples de réalisation de l'électrode 766 de la structure 760.

En figure 7B, l'électrode 766 présente la forme d'une grille composée d'une pluralité de lignes conductrices 768, ces lignes étant connectées en parallèle les unes aux autres entre les deux bornes 752 de l'électrode 766. Ces lignes peuvent également prendre la forme de rubans conducteurs (non représentés). A noter que les lignes conductrices 768 sont ici montées de façon à ce que chacune de leurs extrémités ne soient pas en contact avec l'élément multiferroïque 764 lui-même. Pour ce faire, une portion périphérique de l'élément multiferroïque est par exemple éliminée et remplacée par un pourtour isolant 769 par photolithographie avant de réaliser l'électrode 766. Cette électrode 766 est ensuite formée de sorte que chaque extrémité de ligne 768 soit positionnée sur le pourtour isolant 769 (figure 7C). En figure 7D, l'électrode 766 présente la forme d'une ligne comportant une pluralité de spires ou circonvolutions 770. L'électrode 766 comprend ici deux séries de spires 770, une portion de ligne 771 faisant la connexion entre ces deux séries. A noter que cette portion de ligne 771 est ici également montée sur une partie distincte de l'élément multiferroïque 764, comme par exemple sur le pourtour isolant 769 précédemment décrit. Les techniques de fabrication utilisées pour former chaque électrode 20 766 et éventuellement le pourtour isolant 769 sont bien connues de l'homme du métier et ne seront pas décrites plus en détail dans ce document. Selon une troisième variante de l'invention, l'élément de conversion d'énergie au sens de l'invention comprend un élément pyroélectrique couplé à un convertisseur tension-courant. Cet élément pyroélectrique est apte à 25 générer une tension à partir de la chaleur produite par un dispositif électronique inclus dans la structure. Pour ce faire, l'élément de conversion d'énergie est couplé thermiquement au dispositif électronique en question. De plus, le convertisseur tension-courant est apte à convertir en courant électrique la tension générée par l'élément pyroélectrique. 30 Une structure 860 conforme à un exemple de cette troisième variante est à présent décrite en référence à la figure 8. La structure 860 illustrée en figure 8 présente un agencement très similaire à celui des structures 360 et 560 précédemment décrites et diffère principalement dans la réalisation de l'élément de conversion d'énergie de la 35 structure 860.

Plus précisément, la structure 860 comprend un boîtier 840 renfermant un composant 825, ce dernier comportant une plaque 830 couplée thermiquement avec un élément de conversion d'énergie 867. La plaque 830 présente les mêmes caractéristiques que la section de 5 plaque 330 précédemment décrite en référence à la figure 3G. Dans cet exemple, la plaque 830 comporte donc une couche 804 et un microcomposant 808, des électrodes 845 étant montées sur le microcomposant 808 de façon à s'étendre jusqu'à l'extérieur du boîtier 840. Les éléments 804, 808 et 845 sont identiques respectivement aux éléments 10 304, 308 et 345 précédemment décrits. Le couplage thermique de l'élément de conversion d'énergie 867 avec le dispositif électronique 830 (et en particulier avec le microcomposant 808) peut être réalisé de la même manière que dans l'étape de couplage thermique E6 précédemment décrite. 15 Grâce à ce couplage thermique, l'élément de conversion d'énergie 867 est apte à convertir en courant électrique la chaleur pouvant être générée par le dispositif électronique 830. Dans cet exemple, l'élément de conversion d'énergie 867 comprend un élément pyroélectrique 872 et un convertisseur tension-courant (V-I) 875. 20 L'élément pyroélectrique 872 est apte à convertir en courant électrique la chaleur susceptible d'être produite par le dispositif électronique 830. L'élément pyroélectrique 872 se présente ici sous la forme d'une couche. L'élément pyroélectrique 872 est couplé électriquement au convertisseur V-I 875 de sorte que ce dernier puisse convertir en courant 25 électrique une tension générée par l'élément pyroélectrique 872. Le convertisseur V-I 875 est ici un module monté dans le boîtier 840 séparément de l'élément pyroélectrique 872, le couplage électrique se faisant au moyens de deux électrodes 880 et 881. Des couches conductrices 873 et 874 sont également présentent sur les deux faces 872a et 872b de l'élément 30 pyroélectrique 872. Les électrodes 880 et 881 assurent la connexion électrique entre respectivement les couches conductrices 873 et 874, d'une part, et le module V-I 875, d'autre part. Le convertisseur V-I 875 comporte également deux terminaux 882 et 883 au niveau desquelles est générée un courant obtenu par conversion V-I 35 à partir de la tension appliquée en entrée par l'élément pyroélectrique 872 via les électrodes 880 et 881.

En variante, le convertisseur V-I 875 peut être disposé à l'extérieur du boîtier 840. Par ailleurs, dans une variante particulière, les terminaux 882 et 883 de sortie peuvent s'étendre jusqu'à l'extérieur du boîtier 860. Un composant 700 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention est à présent décrit en référence à la figure 9. De manière analogue au composant 200, le composant 900 comprend un boîtier 940 renfermant un dispositif électronique 930 couplé thermiquement avec un élément de conversion d'énergie 935. Cet élément de conversion d'énergie peut prendre la forme de l'une des variantes décrites ci-avant en référence au premier mode de réalisation. Dans cet exemple, le dispositif électronique 930 est un circuit intégré se présentant sous la forme d'une puce électronique et comportant une zone active 908 sur laquelle sont formées des plages de contact 942. Conformément à l'invention, le dispositif 930 génère de la chaleur lors 15 de son fonctionnement. Le composant 900 comporte également une pluralité de broches de connexion 948 (d'entrées-sorties et/ou d'alimentation) s'étendant jusqu'à l'extérieur du boîtier 940, ces broches étant connectées électriquement aux plages de contact 942 de la puce 930 via des fils de connexion 945 20 respectifs. Le composant 900 comporte en outre deux broches de sortie de courant 954 connectées électriquement aux bornes électrique 952 de l'élément de conversion d'énergie 935 de façon analogue aux broches 254 en figure 2. Ces broches de sortie de courant 954 permettent de collecter un 25 courant électrique généré par l'élément de conversion d'énergie 935 lorsque le circuit intégré 930 chauffe (pendant ou après son fonctionnement). La conception du composant 900 diffère de celle du composant 200 du premier mode de réalisation dans la manière dont le couplage thermique CT entre le dispositif électronique 930 et l'élément de conversion d'énergie 935 30 est réalisé. Plus spécifiquement, dans ce deuxième mode de réalisation, le circuit intégré 930 et l'élément de conversion d'énergie 935 ne sont pas collés l'un sur l'autre. Comme représenté en figure 9, le couplage thermique CT est réalisé en fixant indépendamment le dispositif 930 et l'élément de conversion 35 d'énergie 935 sur une même plateforme 939 thermiquement conductrice. La fixation du dispositif 939 et de l'élément de conversion d'énergie 935 est réalisée par collage par exemple. La plateforme 939 se présente ici sous la forme d'une plaque, en cuivre par exemple, ou tout autre matériau présentant un coefficient de conduction thermique supérieur ou égal à 10 W.rn-1.K-1, de préférence supérieur à 15 La plateforrne 939 est elle-même fixée à un support 938. Dans les modes de réalisations et variantes décrits ci-dessus, l'élément thermoélectrique peut par exemple être en SiGe, en TeAn en encore en tellurure de bismuth (Bi2Te3).

L'élément de conversion d'énergie 935 peut comporter un substrat massif (ou une structure hétérogène). De plus, dans l'exemple envisagé ici, l'élément de conversion d'énergie 935 est un élément Seebeck, bien que d'autres modes de réalisation soient envisageables comme déjà mentionné ci-avant. Cet élément Seebeck 935 peut se présenter sous la forme d'un substrat massif thermoélectrique ou d'une structure hétérogène comportant au moins un matériau thermoélectrique. L'élément Seebeck peut toutefois présenter un agencement structurel plus complexe et comprendre, par exemple, au moins un couple thermoélectrique P-N 20 tel que décrit précédemment en référence aux figures 1 et 2.

Les exemples de mise en oeuvre décrits ci-avant concernent des boîtiers renfermant des structures multicouches ou des couches séparées. On peut alternativement envisager un boîtier selon l'invention dans lequel au moins un dispositif électronique et un élément de conversion d'énergie sont agencés dans un même bloc de matériau. Autrement dit, l'agencement sous forme de couches n'est pas obligatoire pour obtenir un couplage thermique entre les dispositifs électroniques et l'élément thermoélectrique. L'élément thermoélectrique peut, par exemple, être intégré directement dans un composant électronique de façon à obtenir le couplage thermique. L'invention trouve une application toute particulière pour les circuits intégrés générant beaucoup de chaleur en fonctionnement, tels que les microprocesseurs ou les processeurs graphiques par exemple. Elle peut s'appliquer également à des structures comportant des mémoires, des dispositifs à bases de LEDs et, de manière générale, à tous composants électroniques générant de la chaleur lors de son fonctionnement.35

Claims (16)

1. REVENDICATIONS1. Composant (200 ; 900) comprenant un boîtier (240 ; 940), ledit boîtier renfermant un dispositif électronique (230 ; 930) générant de la chaleur lors de son fonctionnement et un élément de conversion d'énergie (235 ; 935), le composant comprenant une pluralité de broches de connexion (248 ; 948) s'étendant jusqu'à l'extérieur du boîtier et connectées électriquement au dispositif électronique (230 ; 930), le composant étant caractérisé en ce que le dispositif électronique (230 ; 930) et l'élément de conversion d'énergie (235 ; 935) sont couplés thermiquement et en ce que le composant (200 ; 900) comprend en outre au moins deux broches de sortie de courant (254 ; 954) s'étendant jusqu'à l'extérieur dudit boîtier (240 ; 740) et connectées électriquement à l'élément de conversion d'énergie de façon à collecter un courant généré par l'élément de conversion d'énergie (235 ; 935).
2. 2. Composant selon la revendication 1, dans lequel le dispositif électronique (330) et l'élément de conversion d'énergie (335) comportent respectivement une première surface (330b) et une deuxième surface (335a) en regard l'une de l'autre, ledit couplage thermique étant réalisé de façon à ce qu'au moins 60% des première et deuxième surfaces soient couplées ensemble thermiquement.
3. 3. Composant selon la revendication 2, dans lequel le couplage thermique entre lesdites première et deuxième surfaces est continu.
4. 4. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le couplage thermique est tel que le gradient thermique entre les deux surfaces en regard l'une de l'autre est inférieur ou égale à 20°C.
5. 5. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le couplage thermique présente un coefficient de conductivité 35 thermique supérieur ou égal à 10 W.m-1.K-1.
6. 6. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'élément de conversion d'énergie est un élément Seebeck (335).
7. 7. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'élément de conversion d'énergie comprend un élément multiferroïque (764) couplé à un module de conversion (766), ledit module de conversion étant apte à convertir en courant électrique un champ magnétique généré par ledit élément multiferroïque (764) à partir de ladite chaleur.
8. 8. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'élément de conversion d'énergie (867) comprend un élément pyroélectrique (872) couplé à un convertisseur tension-courant (875), ledit convertisseur tension-courant étant apte à convertir en courant électrique une tension générée par l'élément pyroélectrique (872) à partir de ladite chaleur.
9. 9. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l'élément de conversion d'énergie est sous la forme d'une couche sur laquelle est collé le dispositif électronique.
10. 10. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le couplage thermique est réalisé par collage par adhésion moléculaire.
11. 11. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel le dispositif électronique est un microprocesseur.
12. 12. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel les broches de connexion (248 ; 948) sont des broches d'entrée-sortie ou des broches d'alimentation.
13. 13. Procédé de fabrication d'un composant comprenant : - le couplage thermique (E6) d'un dispositif électronique (330) générant de la chaleur lors de son fonctionnement et d'un élément de conversion d'énergie (335) ;l'agencement (E14) d'une pluralité de broches de connexion (345) connectées électriquement au dispositif électronique (330) ; l'agencement (E16) d'au moins deux broches de sortie de courant (350) connectées électriquement à l'élément de conversion d'énergie (335) de façon à collecter un courant généré par l'élément de conversion d'énergie (335) ; et le positionnement (E18) du dispositif électronique (330) et de l'élément de conversion d'énergie (335) dans un boîtier (340) de sorte que les broches de connexion et les broches de sortie de courant s'étendent jusqu'à l'extérieur dudit boîtier.
14. 14. Procédé de fabrication selon la revendication 13, dans lequel le dispositif électronique (330) et l'élément de conversion d'énergie (335) comportent respectivement une première surface (330b) et une deuxième surface (335a) en regard l'une de l'autre, ledit couplage thermique étant réalisé de façon à ce qu'au moins 60% des première et deuxième surfaces soient couplées ensemble thermiquement.
15. 15. Procédé de fabrication selon la revendication 14, dans lequel le 20 couplage thermique entre lesdites première et deuxième surfaces est continu.
16. 16. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, dans lequel le couplage thermique entres lesdites première et 25 deuxième surfaces est réalisé par collage par adhésion moléculaire.