FR3139696A1 - Structure electronique flexible - Google Patents
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Abstract
Structure électronique flexible (100) comprenant au moins :- un substrat flexible (102) doté d’une première face (106) sur laquelle se trouve au moins une piste électriquement conductrice (104) ;- une puce électronique (110) solidarisée à la première face (106) du substrat flexible (102) et comportant, au niveau d’une première face (112) de la puce électronique (110), des plots de connexion (114) interconnectés électriquement à la piste électriquement conductrice (104) ;- une ouverture (120) traversant le substrat flexible (102) et débouchant au moins en partie en regard de la première face (112) de la puce électronique (110) ;- un matériau de remplissage (126) disposé entre la puce électronique (110) et la première face (106) du substrat flexible (102), dont l’indice de thixotropie est compris entre 2 et 5 et dont la viscosité est comprise entre 5000 mPa.s et 15000 mPa.s. Figure pour l’abrégé : Figure 1.
Description
L’invention concerne le domaine des structures électroniques flexibles comportant une ou plusieurs puces électroniques reportées sur un substrat flexible, ou souple, c’est-à-dire capable de se déformer sans se casser ou engendrer une rupture, et pouvant être posées sur une surface non plane telle que de la peau, du textile ou un objet.
Il existe de nombreux domaines nécessitant la réalisation de structures électroniques flexibles comprenant des composants électroniques disposés sur un substrat flexible.
Les composants électroniques d’une telle structure électronique flexible peuvent être réalisés directement par impression sur un substrat flexible se présentant par exemple sous forme de rouleau ou de feuille. De tels composants réalisés par impression ont toutefois des performances qui sont largement inférieures à celles obtenues pour des composants électroniques réalisés classiquement à partir d’un substrat semi-conducteur (qui n’est pas flexible).
Dans les documents de J.-C. Souriau et al, “Flexible Fan-Out Wafer Level Packaging of Ultra-Thin Dies,” in Proceedings - Electronic Components and Technology Conference, 2020, et EP 3 811 744 A1 il est proposé un procédé générique de fabrication d’une vignette flexible intégrant des composants silicium de types ASIC, capteur ou actionneur directement après découpe de leur plaquette semi-conductrice de fabrication. On parle alors de puce nue car elles ne sont pas mises en boitier. Le procédé d'intégration dans le film est réalisé sur une plaquette silicium servant de support temporaire, par des procédés de microélectronique. La vignette comporte une première couche flexible en polymère sur laquelle est réalisé un réseau de pistes électriques en couche mince avec, à une extrémité des lignes, des petits plots d'accueil pour les composants électroniques et à l'autre extrémité, des plots plus grands pour l'interconnexion vers l'extérieur de la vignette. Les composants sont hybridés sur la vignette en « Flip-Chip », ou puce retournée, c’est-à-dire tels que la face active soit disposée en regard des petits plots d'interconnexion. Les composants sont ensuite amincis à une épaisseur inférieure à 50 µm et encapsulés avec une deuxième couche en polymère. Pour finir, les vignettes sont pelées de la plaquette temporaire et peuvent être reportées et interconnectées sur un objet ou un nouveau film.
Lors du report de la puce sur le substrat flexible, ou après ce report, il est nécessaire de disposer un matériau dit de remplissage, ou « underfill » en anglais, entre la puce et le substrat flexible. Ce matériau de remplissage assure une protection des connexions électriques entre la puce et le substrat flexible (formées par exemple par des microbilles de matériau fusible ou des « stud bumps », c’est-à-dire des protubérances ou bosses électriquement conductrices), renforce la tenue mécanique de la puce et sert également à absorber les déformations entre la puce et le substrat flexible.
Certains composants électroniques, telles que ceux émettant et/ou recevant des ondes électromagnétiques, sonores ou bien encore lumineuses, nécessitent que des ouvertures soit formées à travers le substrat sur lequel se trouvent les composants afin d’émettre et/ou recevoir ces ondes par ces ouvertures. C’est par exemple le cas des composants de type MUT (« Micromachined Ultrasonic Transducer » en anglais, ou transducteur ultrasonore micro-usiné), des photodétecteurs, des photodiodes, ou encore des diodes VCSEL (« Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser » en anglais, ou diode laser à cavité verticale émettant par la surface). Cela concerne également les composants électroniques dont la face disposée du côté du substrat doit être en communication directe avec l’environnement extérieur à la puce, par exemple pour recevoir un fluide comme c’est le cas pour des capteurs de gaz. Une puce intégrant de tels composants électroniques ne peut être reportée en Flip-Chip que sur un substrat comportant une ouverture. Une difficulté est alors de réaliser le matériau de remplissage entre le composant et le substrat sans que ce matériau de remplissage se répande dans les ouvertures. Cette difficulté est encore plus grande dans le cas du procédé d'intégration au sein d'une structure électronique flexible tel que décrit précédemment. En effet, la première couche flexible qui comporte l'ouverture est très fine (< 100 µm) et repose sur la plaquette temporaire qui elle, n’a pas d’ouverture. Dans cette configuration, les matériaux de remplissage conventionnels du commerce se propagent facilement sous les composants et obstruent les ouvertures.
Un but de la présente invention est de proposer une structure électronique souple comprenant au moins une puce électronique reportée sur un substrat flexible et dont au moins une partie d’une face de la puce disposée en regard du substrat flexible est accessible par au moins une ouverture traversant le substrat flexible.
Pour cela, la présente invention propose une structure électronique flexible comprenant au moins :
- un substrat flexible doté d’une première face sur laquelle se trouve au moins une piste électriquement conductrice ;
- une puce électronique solidarisée à la première face du substrat flexible et comportant, au niveau d’une première face de la puce électronique, des plots de connexion interconnectés électriquement à la piste électriquement conductrice ;
- une ouverture traversant le substrat flexible et débouchant au moins en partie en regard de la première face de la puce électronique ;
- un matériau de remplissage disposé entre la puce électronique et la première face du substrat flexible, et dont l’indice de thixotropie est compris entre 2 et 5 et dont la viscosité est comprise entre 5000 mPa.s (ou cP) et 15000 mPa.s (ou cP).
- un substrat flexible doté d’une première face sur laquelle se trouve au moins une piste électriquement conductrice ;
- une puce électronique solidarisée à la première face du substrat flexible et comportant, au niveau d’une première face de la puce électronique, des plots de connexion interconnectés électriquement à la piste électriquement conductrice ;
- une ouverture traversant le substrat flexible et débouchant au moins en partie en regard de la première face de la puce électronique ;
- un matériau de remplissage disposé entre la puce électronique et la première face du substrat flexible, et dont l’indice de thixotropie est compris entre 2 et 5 et dont la viscosité est comprise entre 5000 mPa.s (ou cP) et 15000 mPa.s (ou cP).
L’indice de thixotropie d’un matériau correspond au rapport des valeurs de la viscosité d'un matériau à deux vitesses d’écoulement différentes de ce matériau, ces vitesses étant par exemple différentes l’une de l’autre d’un facteur égal à dix. Cette valeur de l’indice de thixotropie d’un matériau est indicative de la capacité de ce matériau à conserver sa forme.
La viscosité d’un matériau tel que le matériau de remplissage peut être mesurée comme décrit dans le document de D. Dupuis et al, « Mesure de la viscosité -Principes généraux », Techniques de l’Ingénieur, R2350 V4, 10 janvier 2021.
La structure et le substrat sont flexibles, c'est-à-dire qu'ils peuvent par exemple subir une flexion d'un rayon de courbure inférieur ou égal à 5000 mm et de préférence inférieur ou égal à 1000 mm, sans rupture.
L’invention propose une structure électronique flexible ne présentant pas les inconvénients précédemment mentionnés. En particulier, l’utilisation d’un matériau de remplissage dont l’indice de thixotropie et la viscosité tels que définis ci-dessus autorise de réaliser un report de la puce électronique sur le substrat flexible muni de l’ouverture car ce matériau de remplissage peut être dispensé, entre la puce électronique et le substrat flexible depuis les côtés de l’espace entre la puce électronique et le substrat flexible, et donc après le report de la puce électronique sur le substrat flexible, sans que ce matériau de remplissage ne vienne se répandre dans l’ouverture. Les matériaux conventionnels dits d'underfill ne sont pas adaptés à la structure électronique flexible proposée ci-dessus car leur viscosité est newtonienne, c’est-à-dire qu'elle ne varie pas pendant un écoulement. Un matériau conventionnel d'underfill s'écoulerait donc très facilement par capillarité entre les composants et le substrat et remplirait l'ouverture dans le substrat flexible, ce qui aboutirait à l’obstruction de cette ouverture.
La structure électronique flexible proposée permet de cumuler les avantages d’une puce électronique dont les composants électroniques peuvent être réalisés à partir de semi-conducteur, et ceux d’un substrat flexible.
La puce électronique peut comporter au moins un composant électronique disposé en regard de l’ouverture et configuré pour émettre et/ou recevoir des ondes électromagnétiques et/ou sonores et/ou lumineuses à travers l’ouverture, et/ou pour recevoir un fluide à travers l’ouverture.
L’épaisseur totale de la structure électronique flexible peut être inférieure ou égale à 500 µm, et/ou l’épaisseur de la puce électronique peut être inférieure ou égale à 150 µm, et/ou l’épaisseur du substrat flexible peut être inférieure ou égale à 250 µm, et/ou une distance entre la première face du substrat flexible et la première face de la puce électronique peut être inférieure ou égale à 100 µm.
De manière avantageuse, l’indice de thixotropie peut être compris entre 3 et 4.
Le substrat flexible peut comporter au moins l’un des matériaux suivants : siloxane, polydiméthylsiloxane, polyester, polyimide, polytétrafluoroéthylène, polyétheréthercétone, polyparaxylylène, fibres végétales, matériau composite.
La structure électronique flexible peut comporter en outre une couche de matériau étanche recouvrant au moins des parois latérales de l’ouverture, une partie de la première face de la puce électronique disposée en regard de l’ouverture, et une deuxième face du substrat flexible opposée à la première face. Cette couche de matériau étanche peut également recouvrir des parois latérales formées par le matériau de remplissage dans le prolongement de l’ouverture.
De manière avantageuse, le matériau étanche peut être biocompatible, par exemple neutre au contact de la peau, non toxique, non irritant, et préservant l’intégrité biologique de la peau. A titre d’exemple, le matériau étanche biocompatible peut correspondre à du parylène. Un tel matériau biocompatible permet notamment de réaliser une structure électronique flexible adaptée pour être disposée contre de la peau.
La structure électronique flexible peut comporter en outre un matériau d’encapsulation enrobant l’ensemble formé au moins par la puce électronique et le matériau de remplissage.
La structure électronique flexible peut comporter en outre au moins une tranchée traversant le substrat flexible et s’étendant dans un plan parallèle à la première face du substrat flexible selon au moins une direction telle que la structure électronique flexible soit étirable au moins parallèlement à ladite direction.
La tranchée peut être remplie au moins par le matériau d’encapsulation ou par un matériau qui soit différent du matériau d’encapsulation et qui soit flexible et étirable, comme par exemple du polydiméthylsiloxane.
Un matériau peut être qualifié d’étirable lorsqu’une sollicitation en traction d’une portion de ce matériau engendre, parallèlement à la direction de la sollicitation en traction, un allongement sans rupture de cette portion de matériau qui soit supérieur à environ 30 % par rapport à la dimension au repos de cette portion de matériau selon la direction de la sollicitation en traction.
L’invention concerne également un procédé de réalisation d’une structure électronique flexible, comportant au moins les étapes suivantes :
- réalisation d’un substrat flexible sur une couche support ;
- réalisation d’au moins une ouverture traversant le substrat flexible ;
- réalisation, sur une première face du substrat flexible se trouvant du côté opposé à la couche support, d’au moins une piste électriquement conductrice ;
- report et solidarisation d’une puce électronique sur la première face du substrat flexible, la puce électronique comportant, au niveau d’une première face, des plots de connexion interconnectés électriquement à la piste électriquement conductrice, et tel qu’une partie de la première face de la puce électronique soit disposée en regard de l’ouverture ;
- ajout, par exemple par dispense, d’un matériau de remplissage entre la puce électronique et la première face du substrat flexible, et dont l’indice de thixotropie est compris entre 2 et 5, avantageusement entre 3 et 4, et dont la viscosité est comprise entre 5000 mPa.s et 15000 mPa.s ;
- désolidarisation du substrat flexible vis-à-vis de la couche support.
- réalisation d’un substrat flexible sur une couche support ;
- réalisation d’au moins une ouverture traversant le substrat flexible ;
- réalisation, sur une première face du substrat flexible se trouvant du côté opposé à la couche support, d’au moins une piste électriquement conductrice ;
- report et solidarisation d’une puce électronique sur la première face du substrat flexible, la puce électronique comportant, au niveau d’une première face, des plots de connexion interconnectés électriquement à la piste électriquement conductrice, et tel qu’une partie de la première face de la puce électronique soit disposée en regard de l’ouverture ;
- ajout, par exemple par dispense, d’un matériau de remplissage entre la puce électronique et la première face du substrat flexible, et dont l’indice de thixotropie est compris entre 2 et 5, avantageusement entre 3 et 4, et dont la viscosité est comprise entre 5000 mPa.s et 15000 mPa.s ;
- désolidarisation du substrat flexible vis-à-vis de la couche support.
Le procédé peut comporter en outre une étape d’amincissement de la puce électronique depuis une deuxième face opposée à la première face de la puce électronique, mise en œuvre entre l’étape de report et de solidarisation de la puce électronique sur la première face du substrat flexible et l’étape de désolidarisation du substrat flexible vis-à-vis de la couche support. Ainsi, la manipulation de la puce électronique, lors du report, est réalisée alors que celle-ci n’est pas encore amincie, ce qui facilite sa manipulation. Cela est possible grâce à la couche support sur laquelle le substrat flexible est réalisé et qui autorise un amincissement de la puce électronique après son report sur le substrat flexible.
Le procédé peut comporter en outre un dépôt d’un matériau d’encapsulation recouvrant au moins la puce électronique, mis en œuvre entre l’étape de report et de solidarisation de la puce électronique sur la première face du substrat flexible et l’étape de désolidarisation du substrat flexible vis-à-vis de la couche support.
Le procédé peut comporter en outre, après l’étape de désolidarisation du substrat flexible vis-à-vis de la couche support, une étape de réalisation d’une couche de matériau étanche recouvrant au moins des parois latérales de l’ouverture, une partie de la première face de la puce électronique disposée en regard de l’ouverture, et une deuxième face du substrat flexible opposée à la première face.
La réalisation de l’ouverture à travers le substrat flexible peut former également au moins une tranchée traversant le substrat flexible et s’étendant dans un plan parallèle à la première face du substrat flexible selon au moins une direction, et le matériau d’encapsulation peut être déposé également dans la tranchée, rendant la structure électronique flexible étirable au moins parallèlement à ladite direction.
Dans l’ensemble du document, le terme « sur » est utilisé sans distinction de l’orientation dans l’espace de l’élément auquel se rapporte ce terme. Par exemple, dans la caractéristique « sur une face du substrat », cette face du substrat n’est pas nécessairement orientée vers le haut mais peut correspondre à une face orientée selon n’importe quelle direction. En outre, la disposition d’un premier élément sur un deuxième élément doit être comprise comme pouvant correspondre à la disposition du premier élément directement contre le deuxième élément, sans aucun élément intermédiaire entre les premier et deuxième éléments, ou bien comme pouvant correspondre à la disposition du premier élément sur le deuxième élément avec un ou plusieurs éléments intermédiaires disposés entre les premier et deuxième éléments.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d’exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
, et
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d’une figure à l’autre.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n’étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Une structure électronique flexible 100 selon un premier mode de réalisation est décrite ci-dessous en lien avec la .
La structure 100 comporte un substrat flexible 102 comprenant par exemple au moins l’un des matériaux suivants : siloxane, polydiméthylsiloxane, polyester, polyimide, polytétrafluoroéthylène, polyétheréthercétone, polyparaxylylène, fibres végétales, matériau composite. L’épaisseur du substrat flexible 102 (dimension parallèle à l’axe Z représenté sur la ) est par exemple inférieure ou égale à 250 µm, et avantageusement comprise entre 20 µm et 100 µm.
La structure 100 comporte également une ou plusieurs pistes électriquement conductrices 104 disposées sur une première face 106 du substrat flexible 102. Ces pistes 104 comportent au moins un matériau électriquement conducteur par exemple déposé par pulvérisation cathodique, par électrodéposition ou par impression sur le substrat flexible 102. Selon un exemple de réalisation, la ou les pistes 104 sont formées en déposant un empilement de tungstène / nitrure de tungstène / or sur la première face 106 du substrat flexible 102, puis en réalisant une photolithographie et une gravure de cet empilement selon le motif souhaité des pistes 104. Selon un autre exemple, la ou les pistes 104 peuvent être réalisées avec au moins l’un des matériaux suivants : W, Au, TiAu, CrAu, WNiAu, TiCu, Ag. Les pistes 104 sont également flexibles.
La structure 100 comporte avantageusement des premiers plots de connexion 108 disposés sur la première face 106 du substrat flexible 102 et couplés électriquement aux pistes 104. Dans l’exemple de réalisation décrit ici, les premiers plots 108 sont disposés sur les pistes électriquement conductrices 104. Les premiers plots 108 comportent au moins un matériau électriquement conducteur, par exemple de l’argent, de l’or, du TiNiAu, ou un matériau fusible tel que de l’In ou su SnAgCu. Ces premiers plots 108 sont par exemple réalisés par pulvérisation cathodique, par électrodéposition ou par sérigraphie.
La structure 100 comporte en outre au moins une puce électronique 110 solidarisée à la première face 106 du substrat flexible 102. La puce 110 comporte, au niveau d’une première face 112 disposée en regard du substrat flexible 102, des deuxièmes plots de connexion 114 interconnectés électriquement aux premiers plots 108 pour assurer les liaisons électriques entre la puce 110 et les pistes 104, et également une liaison mécanique entre la puce 110 et le substrat flexible 102. Sur l’exemple de la , les interconnexions entre les plots 108 et 114 sont formées par des éléments 116, ici de type « stud bumps », par exemple à base d’or. Le reste de la première face 112 de la puce 110 est recouvert d’une couche de passivation 118, comprenant par exemple de l’oxyde. L’épaisseur de la puce 110 (dimension parallèle à l’axe Z représenté sur la ) est par exemple inférieure ou égale à 150 µm, et avantageusement comprise entre 10 µm et
100 µm.
100 µm.
En variante, il est possible que la structure 100 ne comporte pas les premiers plots de connexion 108. Dans ce cas, la reprise de contact de la puce 110 peut se faire directement sur la ou les pistes 104 via les éléments 116.
La structure 100 comporte également au moins une ouverture 120, ou trou, traversant le substrat flexible 102 et débouchant au moins en partie en regard de la première face 112 de la puce 110. Sur l’exemple de la , l’ouverture 120 traverse également une couche 122 recouvrant une deuxième face 124 du substrat flexible 102, opposée à la première face 106. Cette couche 122 comporte par exemple un oxyde ou du TEOS. Le rôle de cette couche 122 sera décrit plus loin en lien avec le procédé de réalisation de la structure 100. Les dimensions et la forme de l’ouverture 120 dans le plan du substrat flexible 102, c’est-à-dire un plan parallèle à la première face 106 du substrat flexible 102, dépendent du type de puce 110 et des fonctions remplies par cette puce 110. A titre d’exemple, l’ouverture 120 peut avoir, dans un plan parallèle à la première face 106 du substrat flexible 102, une forme circulaire.
La puce 110 comporte au moins un composant électronique disposé en regard de l’ouverture 120 et configuré pour émettre et/ou recevoir des ondes électromagnétiques et/ou sonores et/ou lumineuses à travers l’ouverture 120, et/ou pour recevoir un fluide à travers l’ouverture 120. Selon une application avantageuse, la puce 110 correspond à un transducteur ultrasonore micro-usiné, ou MUT. Selon d’autres applications avantageuses, la puce 110 peut comporter un ou plusieurs photodétecteurs et/ou une ou plusieurs photodiodes et/ou un ou plusieurs diodes laser. Il est également possible que la puce 110 comporte au moins un capteur de gaz doté d’une face de détection disposée du côté de l’ouverture 120.
La structure 100 comporte également au moins un matériau de remplissage 126, également appelé « underfill » en anglais, disposé entre la puce 110 et la première face 106 du substrat flexible 102. Le matériau de remplissage 126 permet notamment d’encapsuler et protéger les éléments 116, ou plus généralement les interconnexions entre la puce 110 et la ou les pistes 104, et également de renforcer la tenue mécanique de la puce 110 et absorber les éventuelles déformations subies par la puce 110 et le substrat flexible 102. Une distance entre la première face 106 du substrat flexible 102 et la première face 112 de la puce 110, correspondant à l’épaisseur de l’espace dans lequel le matériau de remplissage 126 est dispensé (dimension parallèle à l’axe Z représenté sur la ) et donc à l’épaisseur de matériau de remplissage 126 entre la puce 110 et le substrat flexible 102, peut être inférieure ou égale à 100 µm, et avantageusement comprise entre 10 µm et 30 µm.
Afin de pouvoir déposer le matériau de remplissage 126 entre la puce 110 et le substrat flexible 102 depuis la périphérie de la puce 110 sans que le matériau de remplissage 126 ne coule dans l’ouverture 120, le matériau de remplissage 126 est choisi tel que son indice de thixotropie soit compris entre 2 et 5, et avantageusement entre 3 et 4, et que sa viscosité soit comprise entre 5000 mPa.s et 15000 mPa.s. A titre d’exemple, le matériau de remplissage 126 peut correspondre à de la colle epoxy de type EPO-TEK® 353ND-T commercialisée par la société EPOXY TECHNOLOGY et dispensée à une température par exemple comprise entre 60°C et 90°C, ou de la colle DELO DUALBOND® SJ4765 commercialisée par la société DELO et dispensée à une température égale à environ 20°C.
Dans l’exemple de réalisation décrit ici, la structure 100 comporte également une couche de matériau étanche 128 recouvrant au moins des parois latérales de l’ouverture 120 traversant le substrat flexible 102, une partie de la première face 112 de la puce 110 disposée en regard de l’ouverture 120, et la deuxième face 124 du substrat flexible 102 (indirectement sur l’exemple de la , étant donné la présence de la couche 122 sur la deuxième face 124 du substrat flexible 102). La couche 128 recouvre également des parois latérales formées par le matériau d’encapsulation 126 dans le prolongement de l’ouverture 120. Le matériau de la couche 128 peut être biocompatible, notamment lorsque la structure 100 est destinée à des applications médicales et être disposée sur un être vivant, par exemple sur de la peau. A titre d’exemple, la couche de matériau étanche 128 peut comporter du parylène. L’épaisseur de la couche de matériau étanche 128 est par exemple comprise entre 1 µm et 5 µm.
En variante, la structure 100 peut ne pas comporter cette couche de matériau étanche 128, en particulier lorsque la structure 100 n’est pas destinée à des applications nécessitant une biocompatibilité et/ou en contact avec un milieu humide.
La structure 100 comporte également un matériau d’encapsulation 130 enrobant l’ensemble formé par la puce 110 et le matériau de remplissage 126. Le matériau d’encapsulation 130 correspond par exemple à du PDMS (Polydiméthylsiloxane) ou un autre polymère adapté comme du Siloxane. L’épaisseur (dimension parallèle l’axe Z représenté sur la ) du matériau d’encapsulation 130 déposé est par exemple inférieure ou égale à 250 µm, et avantageusement comprise entre 30 µm et 200 µm. Cette épaisseur est adaptée en fonction des épaisseurs de la puce 110 et du matériau de remplissage 126 à enrober ou encapsuler.
L’épaisseur totale de la structure 100 (dimension parallèle à l’axe Z représenté sur la ) est inférieure ou égale à 500 µm, et avantageusement comprise entre 100 µm et 200 µm.
Une structure électronique flexible 100 selon un deuxième mode de réalisation est décrite ci-dessous en lien avec la .
Par rapport à la structure 100 selon le premier mode de réalisation précédemment décrit, la structure 100 comporte en outre des tranchées 132 traversant le substrat flexible 102 et s’étendant dans un plan parallèle à la première face 106 du substrat flexible 102 selon une ou plusieurs directions de manière à ce que la structure 100 soit étirable au moins parallèlement à cette ou ces directions. Sur l’exemple de la , des tranchées 132 s’étendent parallèlement à l’axe X de manière à ce que la structure 100 puisse être étirée parallèlement à cet axe. Les tranchées 132 sont avantageusement remplies par le matériau d’encapsulation 130. En variante, il est possible que les tranchées 132 soient remplies par un matériau flexible et étirable différent du matériau d’encapsulation 130, ou bien que les tranchées 132 soient laissées vides, sans matériau remplissant ces tranchées 132. Les tranchées 132 sont par exemple réalisées selon des formes telles que décrites dans le document WO 2010/086416 A1.
Sur l’exemple de réalisation visible sur la , la structure 100 ne comporte pas la couche de matériau étanche 128. En variante de ce deuxième mode de réalisation, il est possible que la structure 100 selon le deuxième mode de réalisation comporte une telle couche de matériau étanche 128, en particulier lorsque la structure 100 est destinée à des applications demandant une biocompatibilité et/ou en contact avec un milieu humide.
Les variantes précédemment décrites pour le premier mode de réalisation s’appliquent également à ce deuxième mode de réalisation.
Un procédé de réalisation de la structure 100 selon le premier mode de réalisation est décrit ci-dessous en lien avec les figures 3 à 11.
Une première étape de ce procédé consiste à réaliser le substrat flexible 102 sur une couche support 134 qui comporte par exemple du semi-conducteur tel que du silicium (d’autres types de matériaux sont toutefois envisageables). Selon un exemple de réalisation, une ou plusieurs couches de matériaux destinées à permettre la séparation ultérieure du substrat flexible 102 vis-à-vis de la couche support 134 sont tout d’abord réalisées sur une première face 136 de la couche support 134. Dans l’exemple de réalisation décrit ici, ces couches correspondent à un bicouche 138 dont la première couche comprend du SiO2et/ou un nitrure de silicium (SiN ou Si3N4) et la deuxième couche comprend un métal noble (platine, or, argent, rhodium, osmium, palladium, ruthénium, iridium) (voir la ).
En variante, suivant la technique qui sera employée pour séparer le substrat flexible 102 et la couche support 134, il est possible que le substrat flexible 102 soit réalisé directement sur la couche support 134, ou que les couches présentes à l’interface entre le substrat flexible 102 et la couche support 134 soient différentes de celles décrites ci-dessus.
Le substrat flexible 102 est ensuite déposé sur la couche 122, par exemple par « spin coating » ou dépôt à la tournette lorsque son épaisseur est inférieure à 30 µm, ou par laminage d’un film lorsque son épaisseur est supérieure à 30 µm.
Une gravure, par exemple chimique, est ensuite mise en œuvre afin de réaliser l’ouverture 120 à travers le substrat flexible 102.
La couche 122 est ensuite gravée, par exemple par gravure chimique, selon le même motif afin que l’ouverture 120 traverse également la couche 122 (voir ).
La ou les pistes électriquement conductrices 104 sont réalisées sur la première face 106 du substrat flexible 102 qui se trouve du côté opposé à la couche support 134. Selon un exemple de réalisation, les pistes 104 sont obtenues en déposant une ou plusieurs couches électriquement conductrices, avantageusement métalliques comme précédemment décrit en lien avec la , sur la première face 103, puis en gravant cette ou ces couches électriquement conductrices selon le motif souhaité pour ces pistes 104.
Dans une variante, les premiers plots de connexion 108 sont ensuite réalisés tels qu’ils soient couplés électriquement aux pistes 104 (voir ). Les premiers plots 108 sont par exemple réalisés par sérigraphie d’une pâte à base d’argent ou d’or. Selon une autre variante, il est possible de ne pas réaliser les premiers plots de connexion 108.
La puce 110, qui a été préalablement réalisée et découpée à partir d’un substrat semi-conducteur, est reportée et solidarisée du côté de la première face 106 du substrat flexible 102. Cette solidarisation de la puce 110 au substrat flexible 102 est obtenue par l’interconnexion entre les premiers plots 108 et les deuxièmes plots 114, par exemple par thermocompression en utilisant des éléments 116 de type stud bumps (voir ). Lors de ce report, la puce 110 n’est pas encore amincie afin de pouvoir la manipuler. A l’issue de ce report, une partie de la première face 112 de la puce 110 se retrouve disposée en regard de l’ouverture 120.
En variante, lorsque les premiers plots 108 ne sont pas réalisés, les éléments 116 sont disposés directement contre la ou les pistes 104.
Le matériau de remplissage 126 est ensuite dispensé, entre la puce 110 et le substrat flexible 102 (voir ).
La puce 110 est ensuite amincie à l’épaisseur souhaitée, par exemple par polissage mécano-chimique (CMP). Cet amincissement peut être suivi d’un polissage plus fin et/ou d’un nettoyage chimique permettant notamment de réduire ou supprimer les contraintes s’exerçant sur la puce 110 (étape dite de « déstressage »). La structure obtenue à ce stade du procédé est visible sur la .
Le matériau d’encapsulation 130 est ensuite déposé, par exemple par laminage sous vide d’un film formant le matériau d’encapsulation 130, ou bien par dépôt à la tournette lorsque le matériau d’encapsulation 130 correspond à du PDMS. Des étapes de photolithographie et de gravure peuvent alors être mises en œuvre afin de ne conserver qu’une partie du matériau 130 déposé, le matériau restant enrobant l’ensemble formé par la puce 110 et le matériau de remplissage 126 (voir ).
Le substrat flexible 102 est ensuite désolidarisé de la couche support 134 (voir ). Dans l’exemple de réalisation décrit ici, étant donné les matériaux des couches 122 et 138 (respectivement SiO2ou SiN ou Si3N4et un métal noble), cette désolidarisation est mise en œuvre à l’interface entre les couches 122 et 138, la couche 122 restant solidaire du substrat flexible 102 et la couche 138 restant solidaire de la couche support 134.
Enfin, la couche de matériau étanche 128 est déposée de manière à recouvrir au moins les parois latérales de l’ouverture 120, une partie de la première face 112 de la puce 110 disposée en regard de l’ouverture 120, la deuxième face 124 du substrat flexible 102 opposée à la première face 106 ainsi que les parois latérales formées par le matériau de remplissage 126 dans le prolongement de l’ouverture 120 (voir ).
Un procédé de réalisation de la structure 100 selon le deuxième mode de réalisation est décrit ci-dessous en lien avec les figures 12 à 18.
Comme dans le premier mode de réalisation précédemment décrit, le substrat flexible 102 est réalisé sur la couche support 134. Sur la , comme dans le précédent exemple de réalisation, les couches 138 et 122 sont formées au préalable sur la couche support 134 afin permettre le détachement du substrat flexible 102.
Des étapes de photolithographie et de gravure sont ensuite mises en œuvre afin de réaliser l’ouverture 120 à travers le substrat flexible 102. Le motif de gravure utilisé pour ces étapes inclut également le motif des tranchées 132 qui sont formées à travers le substrat flexible 102 (voir , sur laquelle une seule tranchée 132 est visible).
La couche 122 est ensuite gravée selon le motif de l’ouverture 120 afin que celle-ci traverse également la couche 122.
Les pistes électriquement conductrices 104 et les premiers plots de connexion 108 sont ensuite réalisés sur le substrat flexible 102, par exemple comme dans le premier mode de réalisation précédemment décrit (voir ). Comme dans le premier mode de réalisation, il est possible que les premiers plots de connexion 108 ne soient pas réalisés.
La puce 110, qui a été préalablement réalisée et découpée à partir de semi-conducteur, est reportée et solidarisée du côté de la première face 106 du substrat flexible 102, par exemple comme dans le premier mode de réalisation précédemment décrit (voir ).
Le matériau de remplissage 126 est ensuite dispensé, entre la puce 110 et le substrat flexible 102 (voir ).
La puce 110 est ensuite amincie à l’épaisseur souhaitée, par exemple comme précédemment décrit pour le premier mode de réalisation (voir ).
Le matériau d’encapsulation 130 est ensuite déposé de manière à enrober l’ensemble formé par la puce 110 et le matériau de remplissage 126, et à remplir les tranchées 132 (voir ).
Le substrat flexible 102 est ensuite désolidarisé de la couche support 134, par exemple comme précédemment décrit pour le premier mode de réalisation (voir ).
Claims (15)
- Structure électronique flexible (100) comprenant au moins :
- un substrat flexible (102) doté d’une première face (106) sur laquelle se trouve au moins une piste électriquement conductrice (104) ;
- une puce électronique (110) solidarisée à la première face (106) du substrat flexible (102) et comportant, au niveau d’une première face (112) de la puce électronique (110), des plots de connexion (114) interconnectés électriquement à la piste électriquement conductrice (104) ;
- une ouverture (120) traversant le substrat flexible (102) et débouchant au moins en partie en regard de la première face (112) de la puce électronique (110) ;
- un matériau de remplissage (126) disposé entre la puce électronique (110) et la première face (106) du substrat flexible (102), dont l’indice de thixotropie est compris entre 2 et 5 et dont la viscosité est comprise entre 5000 mPa.s et 15000 mPa.s. - Structure électronique flexible (100) selon la revendication 1, dans laquelle la puce électronique (110) comporte au moins un composant électronique disposé en regard de l’ouverture (120) et configuré pour émettre et/ou recevoir des ondes électromagnétiques et/ou sonores et/ou lumineuses à travers l’ouverture (120), et/ou pour recevoir un fluide à travers l’ouverture (120).
- Structure électronique flexible (100) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’épaisseur totale de la structure électronique flexible (100) est inférieure ou égale à 500 µm, et/ou dans laquelle l’épaisseur de la puce électronique (110) est inférieure ou égale à 150 µm, et/ou dans laquelle l’épaisseur du substrat flexible (102) est inférieure ou égale à 250 µm, et/ou dans laquelle une distance entre la première face (106) du substrat flexible (102) et la première face (112) de la puce électronique (110) est inférieure ou égale à 100 µm.
- Structure électronique flexible (100) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le substrat flexible (102) comporte au moins l’un des matériaux suivants : siloxane, polydiméthylsiloxane, polyester, polyimide, polytétrafluoroéthylène, polyétheréthercétone, polyparaxylylène, fibres végétales, matériau composite.
- Structure électronique flexible (100) selon l’une des revendications précédentes, comportant en outre une couche de matériau étanche (128) recouvrant au moins des parois latérales de l’ouverture (120), une partie de la première face (112) de la puce électronique (110) disposée en regard de l’ouverture (120), et une deuxième face (124) du substrat flexible (102) opposée à la première face (106).
- Structure électronique flexible (100) selon la revendication 5, dans laquelle le matériau étanche est biocompatible.
- Structure électronique flexible (100) selon l’une des revendications précédentes, comportant en outre un matériau d’encapsulation (130) enrobant l’ensemble formé au moins par la puce électronique (110) et le matériau de remplissage (126).
- Structure électronique flexible (100) selon l’une des revendications précédentes, comportant en outre au moins une tranchée (132) traversant le substrat flexible (102) et s’étendant dans un plan parallèle à la première face (106) du substrat flexible (102) selon au moins une direction tel que la structure électronique flexible (100) soit étirable au moins parallèlement à ladite direction.
- Structure électronique flexible (100) selon les revendications 7 et 8, dans laquelle la tranchée (132) est remplie au moins par le matériau d’encapsulation (130).
- Procédé de réalisation d’une structure électronique flexible, (100) comportant au moins les étapes suivantes :
- réalisation d’un substrat flexible (102) sur une couche support (134) ;
- réalisation d’au moins une ouverture (120) traversant le substrat flexible (102) ;
- réalisation, sur une première face (106) du substrat flexible (102) se trouvant du côté opposé à la couche support (134), d’au moins une piste électriquement conductrice (104) ;
- report et solidarisation d’une puce électronique (110) sur la première face (106) du substrat flexible (102), la puce électronique (110) comportant, au niveau d’une première face (112), des plots de connexion (114) interconnectés électriquement à la piste électriquement conductrice (104), et tel qu’une partie de la première face (112) de la puce électronique (110) soit disposée en regard de l’ouverture (120) ;
- ajout d’un matériau de remplissage entre la puce électronique (110) et la première face (106) du substrat flexible (102), et dont l’indice de thixotropie est compris entre 2 et 5, et dont la viscosité est comprise entre 5000 mPa.s et 15000 mPa.s ;
- désolidarisation du substrat flexible (102) vis-à-vis de la couche support (134). - Procédé selon la revendication 10, comportant en outre une étape d’amincissement de la puce électronique (110) depuis une deuxième face opposée à la première face (112) de la puce électronique (110), mise en œuvre entre l’étape de report et de solidarisation de la puce électronique (110) sur la première face (106) du substrat flexible (102) et l’étape de désolidarisation du substrat flexible (102) vis-à-vis de la couche support (134).
- Procédé selon l’une des revendications 10 et 11, comportant en outre, après l’étape de désolidarisation du substrat flexible (102) vis-à-vis de la couche support (134), une étape de réalisation d’une couche de matériau étanche (128) recouvrant au moins des parois latérales de l’ouverture (120), une partie de la première face (112) de la puce électronique (110) disposée en regard de l’ouverture (120), et une deuxième face (124) du substrat flexible (102) opposée à la première face (106).
- Procédé selon la revendication 12, dans lequel le matériau étanche est biocompatible.
- Procédé selon l’une des revendications 10 à 13, comportant en outre un dépôt d’un matériau d’encapsulation (130) recouvrant au moins la puce électronique (110), mis en œuvre entre l’étape de report et de solidarisation de la puce électronique (110) sur la première face (106) du substrat flexible (102) et l’étape de désolidarisation du substrat flexible (102) vis-à-vis de la couche support (134).
- Procédé selon la revendication 14, dans lequel la réalisation de l’ouverture (120) à travers le substrat flexible (102) forme également au moins une tranchée (132) traversant le substrat flexible (102) et s’étendant dans un plan parallèle à la première face (106) du substrat flexible (102) selon au moins une direction, et dans lequel le matériau d’encapsulation est déposé également dans la tranchée (132), rendant la structure électronique flexible (100) étirable au moins parallèlement à ladite direction.
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|---|---|---|---|
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| FR2209143A FR3139696A1 (fr) | 2022-09-12 | 2022-09-12 | Structure electronique flexible |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3139696A1 true FR3139696A1 (fr) | 2024-03-15 |
Family
ID=84053288
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2209143A Pending FR3139696A1 (fr) | 2022-09-12 | 2022-09-12 | Structure electronique flexible |
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| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3139696A1 (fr) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1047744A1 (fr) * | 1998-01-16 | 2000-11-02 | Loctite (R & D) Limited | Compositions durcissables a base d'epoxy |
| US20090008132A1 (en) * | 2007-07-06 | 2009-01-08 | Ube Industries, Ltd. | Flexible wiring board for tape carrier package |
| WO2010086416A1 (fr) | 2009-01-30 | 2010-08-05 | Imec | Dispositif électronique extensible |
| JP2017014454A (ja) * | 2015-07-06 | 2017-01-19 | 日立化成株式会社 | 先供給型アンダーフィル材、その硬化物、それを用いた電子部品装置及びその製造方法 |
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| EP3811744A1 (fr) | 2018-07-30 | 2021-04-28 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Structure electronique souple et son procede d'elaboration |
-
2022
- 2022-09-12 FR FR2209143A patent/FR3139696A1/fr active Pending
Patent Citations (6)
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| D. DUPUIS ET AL.: "Mesure de la viscosité -Principes généraux", TECHNIQUES DE L'INGÉNIEUR, R2350 V4, 10 January 2021 (2021-01-10) |
| J.-C. SOURIAU ET AL.: "Flexible Fan-Out Wafer Level Packaging of Ultra-Thin Dies", PROCEEDINGS - ELECTRONIC COMPONENTS AND TECHNOLOGY CONFÉRENCE, 2020 |
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