FR3014242A1 - Dispositif electronique comprenant une puce de circuits integres et une plaque optique empilees - Google Patents

Abstract

Dispositif électronique comprenant, empilées : une puce de circuits intégrés (2) qui comprend une plaque de substrat (4, 54) munie d'un capteur optique (7) et d'un réseau de connexion électrique (10) et qui est munie, d'un premier côté, de plots de connexion électrique (16) reliés à ce réseau de connexion électrique par l'intermédiaire de vias de connexion électrique (11) situés à distance de sa périphérie (2a), et une plaque optique (3) laissant passer un rayonnement lumineux, montée au-dessus d'un second côté de la puce opposé audit premier côté.

Description

Dispositif électronique comprenant une puce de circuits intégrés et une plaque optique empilées La présente invention concerne le domaine des dispositifs électroniques qui comprennent des puces électroniques incluant un capteur optique. Un dispositif électronique couramment mis en oeuvre actuellement comprend une plaque de support sur une face avant duquel est fixée une puce de circuits intégrés incluant un capteur optique dans une face avant. La plaque de support est munie d'un réseau de connexion électrique dont des plots avant sont reliés à des plots avant de la puce de circuits intégrés par des fils de connexion électrique. La puce de circuits intégrés et les fils de connexion électrique sont noyés dans une matière d'encapsulation formée sur la face avant de la plaque de substrat de support. Le réseau de connexion électrique de la plaque de support comprend des plots de connexion électrique aménagés sur la face arrière de cette plaque en vue d'une connexion électrique de la puce sur une plaque de circuits imprimés.

Du fait que la plaque de support doit présenter une surface plus grande que celle de la puce afin d'accueillir les connexions des fils de connexion électrique autour de la puce, du fait que les fils vont au-delà de la face avant de la puce pour être connectés sur cette face avant, du fait que la matière d'encapsulation doit présenter une épaisseur permettant l'encapsulation totale de fils sur la face avant de la plaque de support, et du fait de l'existence même de la plaque de support, les possibilités de réduire les dimensions d'un tel dispositif électronique sont limitées et ne permettent pas d'atteindre une miniaturisation suffisante pour répondre aux exigences d'aujourd'hui dans les appareils tels que les téléphones ou autres appareils portables. Selon une variante de réalisation, il est proposé un .dispositif électronique comprenant, empilées : une puce de circuits intégrés qui comprend une plaque de substrat munie d'un capteur optique et d'un réseau de connexion électrique et qui est munie, d'un premier côté, de plots de connexion électrique reliés à audit réseau de connexion électrique par l'intermédiaire de vias de connexion électrique situés à distance de sa périphérie, et une plaque optique laissant passer un rayonnement lumineux, montée au-dessus d'un second côté de la puce opposé audit premier côté. Les vias de connexion électrique peuvent être aménagés au travers de ladite plaque de substrat. Les vias de connexion électrique peuvent être aménagés dans une couche incluant ledit réseau de connexion électrique. Une matière opaque d'encapsulation peut entourer ladite puce et ladite plaque transparente. La puce peut comprendre une plaque de substrat amincie. Le dispositif électronique peut comprendre en outre une plaque de circuits imprimés munie de plots de connexion électrique reliés auxdits plots de connexion électrique. La plaque de substrat peut présenter en particulier une épaisseur égale ou inférieure à 100 microns. La plaque optique peut présenter en particulier une épaisseur égale ou inférieure à 300 microns. Des dispositifs électroniques selon des variantes de réalisation de la présente invention vont maintenant être décrits à titre d'exemples non limitatifs, illustrés par le dessin sur lequel : - la figure 1 représente une coupe d'un dispositif électronique ; - la figure 2 représente un montage du dispositif électronique de la figure 1 ; - la figure 3 représente un mode de réalisation du dispositif électronique de la figure 1 ; - la figure 4 représente un autre dispositif électronique ; - la figure 5 représente un mode de réalisation du dispositif électronique de la figure 4 ; et - la figure 6 représente une coupe d'un dispositif électronique.

Selon un exemple de réalisation illustré sur la figure 1, un dispositif électronique 1 comprend une puce de circuits intégrés 2 et une plaque optique 3, empilées l'une sur l'autre. La puce 2 comprend une plaque de substrat 4, généralement en silicium, dont une face 5 est traitée de façon qu'elle comprenne des composants électroniques 6, dont un capteur optique ou de lumière 7 aménagé sur une zone substantiellement centrale de cette face 5, et des composants électroniques auxiliaires 8 aménagés sur la zone entre cette zone centrale et la périphérie de cette face 5.

Sur la face 5 est aménagée une couche frontale ou avant 9 incluant un réseau de connexion électrique 10 comprenant un ou plusieurs niveaux métalliques et relié sélectivement aux composants électroniques 6, en laissant préférentiellement la zone centrale correspondant au capteur optique 7 découverte et exempte frontalement de parties métalliques. La puce 2 comprend une pluralité de vias de connexion électrique 11 qui traversent la plaque de substrat 4, à distance de sa périphérie 2a, et atteignent respectivement des points spécifiques 12 du réseau de connexion électrique 10, situés dans un niveau métallique de ce réseau 12 et par exemple dans le premier niveau métallique. Les vias de connexion électrique 11 sont aménagés dans des trous 13 traversant la plaque de substrat 4 d'une face à l'autre et, si besoin, sont prolongés dans la couche frontale 9 pour découvrir les points spécifiques 12 du réseau de connexion électrique 10.

Selon un exemple de réalisation, les vias de connexion électrique 11 peuvent être formés à faible distance de la périphérie 2a de la plaque de substrat 4 et sur une zone périphérique exempte de composants électronique 6. Sur la face arrière 14 de la plaque de substrat 4 est aménagé un réseau de connexion électrique 15, par exemple sur un niveau métallique, permettant de connecter sélectivement les vias de connexion électrique 11 à des éléments de connexion électrique extérieure 16 tels que des billes, des piliers ou des points ou fines couches locales de soudure.

Selon la présente description, la plaque 3 dite « optique » est apte à laisser passer un rayonnement lumineux et comprend par exemple une plaque de verre éventuellement traitée ou/et recouverte d'un film de façon à former un filtre de lumière et/ou recouverte ou gravée d'un motif souhaité. La puce 2 et la plaque optique 3 sont empilées l'une au-dessus de l'autre dans une position telle que la plaque optique 3 est située du côté du capteur optique 7 et sont fixées par l'intermédiaire d'une couche de colle transparente ou translucide 17 s'étendant entre la face frontale de la couche frontale 9 de la puce 2 et la plaque optique 3. Ainsi, un rayonnement lumineux traversant la plaque optique 3, en étant éventuellement filtré, peut atteindre le capteur optique 7 de la puce 2. Selon une variante de réalisation, la couche frontale 9 laisse passer le rayonnement lumineux. Selon une autre variante de réalisation, la couche frontale 9 présente une ouverture en face du capteur optique 7 pour laisser passer le rayonnement lumineux. Il résulte de ce qui précède que les éléments de connexion électrique 16 sont d'un côté de la puce 2 et que la plaque optique 3 est de l'autre côté de la puce 2. Comme illustré sur la figure 2, le dispositif électronique 1, composé de la puce 2 et de la plaque optique 3, se trouve ainsi immédiatement prêt pour être monté sur par exemple une plaque de circuits imprimés 18 ou, de façon équivalente, un film flexible muni d'un réseau de connexion électrique, dans une position telle que les éléments de connexion électrique extérieure 16, situés à l'opposé de la plaque optique 3, soient soudés sur des plots 19 de cette plaque de circuits imprimés 18. La plaque de circuits imprimés 18, munie du dispositif électronique 1 et d'autres composants électroniques (non représentés) peut alors être installée à l'intérieur d'un boîtier opaque 20 présentant une ouverture 21 située du côté de la plaque optique 3 et en face du capteur optique 7, cette ouverture 21 pouvant être obstruée par une plaque transparente de protection 22. Le capteur optique 7 de la puce 2 est alors sensible à un rayonnement lumineux extérieur au boîtier 20 et traversant l'ouverture 21. La puce 2 peut être issue d'une fabrication collective d'une pluralité de puces, comprenant par exemple les étapes suivantes.

Dans des emplacements correspondant aux puces à obtenir, établis selon une matrice, on réalise des trous borgnes dans une plaquette épaisse de substrat, que l'on remplit d'une matière destinée à former les vias de connexion électrique 11. Du côté frontal de la plaquette épaisse par lequel les trous borgnes sont formés, on réalise des composants électroniques 6 dans chaque emplacement et une couche frontale munie, dans chaque emplacement, d'un réseau de connexion électrique 10. En utilisant une plaquette de support et de maintien temporaire, on amincit, par exemple par raclage, la plaquette épaisse de substrat de façon à découvrir les extrémités des vias, puis on réalise des réseaux de connexion électrique 15 et des éléments de connexion électrique 16 dans chaque emplacement. Ensuite, on singularise, par exemple par sciage autour desdits emplacements, les puces 2 formées collectivement.

Puis, comme illustré sur la figure 3, on installe les puces 2 sur des emplacements d'une plaquette optique collective 3A, à distance les unes des autres selon une matrice. Au cours de cette étape, les puces défectueuses peuvent être rejetées, seules les puces acceptables étant installées sur la plaquette optique 3A.

Puis, on procède au sciage de la plaquette optique 3A selon des lignes S, autour de chaque emplacement de cette plaquette optique 3A et en passant entre les puces 2, de façon à singulariser des dispositifs électroniques 1 ainsi formés. Il résulte de la manière de faire décrite ci-dessus qu'il n'existe pas d'obligations dimensionnelles entre la plaquette de substrat pour la fabrication collective des puces 2 et la plaquette optique pour la fabrication collective des dispositifs électroniques 1. Selon une variante de réalisation illustrée sur la figure 4, un dispositif électronique 100 comprend le dispositif électronique 1 et un anneau d'encapsulation 101 en une matière opaque entourant la périphérie de la puce 2 et de la plaque optique 3 et dont l'épaisseur correspond substantiellement à l'épaisseur du dispositif électronique 1. L'anneau opaque 101 permet que seul un rayonnement lumineux atteignant la face frontale de la plaque optique 3 atteigne le capteur optique 7 au travers de cette dernière. Le dispositif électronique 100 singularisé peut être monté sur une plaque de circuits imprimés, de façon équivalente à ce qui est décrit précédemment en référence à la figure 2.

Pour fabriquer le dispositif électronique 100, on peut procéder de la manière suivante. Comme illustré sur la figure 5, on place une pluralité de dispositifs électroniques 1 sur une plaque de support et de maintien temporaire 102, à distance les uns des autres et selon une matrice.

Ensuite, on forme, par exemple par épandage, une couche d'encapsulation 101A sur la plaque de support et de maintien 102 et autour des dispositifs électroniques 1, par exemple jusqu'à la face frontale des dispositifs électroniques 1. Puis, on scie la couche 101A au travers de son épaisseur, selon des lignes Si, en passant à distance et entre les dispositifs électroniques 1, de façon à obtenir des dispositifs électroniques 101 singularisés. Selon une variante de réalisation illustrée sur la figure 6, un dispositif électronique 51 comprend une puce de circuits intégrés 52 et une plaque optique 53, empilées l'une sur l'autre. La puce 52 comprend une plaque de substrat amincie 54, généralement en silicium, dont une face 55 est traitée de façon qu'elle comprenne des composants électroniques 56, dont un capteur optique ou de lumière 57 aménagé sur une zone substantiellement centrale de cette face 55, et des composants électroniques auxiliaires 58 aménagés sur la zone entre cette zone centrale et la périphérie de cette face 55. Sur la face 55 est aménagée une couche frontale ou avant 59 incluant un réseau de connexion électrique 60 comprenant un ou plusieurs niveaux métalliques et relié sélectivement aux composants électroniques 56, ce réseau 60 incluant des vias de connexion électrique 60a débouchant sur une face frontale 61 de la couche frontale 59 et situés à distance de la périphérie 59a de la couche frontale 59.

Sur la face extérieure 61 de la couche frontale 59 est aménagé un réseau de connexion électrique 62 et des éléments de connexion électrique extérieure 63 tels que des billes, des piliers ou des points ou fines couches locales de soudure. Ces éléments de connexion électrique 63 sont reliés sélectivement au réseau de connexion électrique 60 par l'intermédiaire du réseau de connexion électrique 62. La plaque optique 53 est montée à plat au-dessus de la face arrière de la puce 2 opposée à la couche frontale 59, par l'intermédiaire d'une couche de colle transparente 64. Ainsi, selon cette variante de réalisation, un rayonnement lumineux peut atteindre le capteur optique 57 en passant au travers de la plaque optique 53 et au travers de la plaque de substrat 54 de la puce 52, à l'opposé des éléments de connexion électrique 63 prévus sur la couche frontale 59. Il résulte de ce qui précède que les éléments de connexion électrique 63 sont d'un côté de la puce 52 et que la plaque optique 53 est de l'autre côté de la puce 52. Le dispositif électronique 51 peut être monté directement sur une plaque de circuits imprimés, ou autre, de façon équivalente à ce qui a été décrit précédemment en référence à la figure 2.

Le dispositif électronique 51 peut aussi être entouré d'un anneau d'encapsulation en une matière opaque, de façon équivalente à ce qui a été décrit précédemment en référence à la figure 5. Les dispositifs électroniques qui viennent d'être décrits, en relation avec leurs modes de fabrication, peuvent être tels que les plaques de substrat présentent une épaisseur égale ou inférieure à 100 microns et que les plaques optiques présentent une épaisseur égale ou inférieure à 300 microns, de telle sorte que les dispositifs électroniques obtenus, décrits en référence notamment aux figures 1 et 4, présentent avantageusement des épaisseurs réduites.

La présente invention ne se limite pas aux exemples ci-dessus décrits. Bien d'autres variantes de réalisation sont possibles, sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif électronique comprenant, empilées : une puce de circuits intégrés (2, 52) qui comprend une plaque de substrat (4, 54) munie d'un capteur optique (7, 57) et d'un réseau de connexion électrique (10, 60) et qui est munie, d'un premier côté, de plots de connexion électrique (16, 63) reliés à audit réseau de connexion électrique par l'intermédiaire de vias de connexion électrique (11, 60a) situés à distance de sa périphérie (2a, 59a), et une plaque optique (3, 53) laissant passer un rayonnement lumineux, montée au-dessus d'un second côté de la puce opposé audit premier côté.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les vias de connexion électrique (11) sont aménagés au travers de ladite plaque de substrat (4).
3. 3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les vias de connexion électrique (60a) sont aménagés dans une couche (59) incluant ledit réseau de connexion électrique (60).
4. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une matière opaque d'encapsulation entourant ladite puce et ladite plaque transparente.
5. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la puce (2, 52) comprend une plaque de substrat (4, 54) amincie.
6. 6. Dispositif électronique selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une plaque de circuits imprimés (18) munie de plots de connexion électrique (19) reliés auxdits plots de connexion électrique (16).
7. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la plaque de substrat présente une épaisseur égale ou inférieure à 100 microns
8. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la plaque optique présente une épaisseur égale ou inférieure à 300 microns.