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1. WO2020141286 - METHOD FOR COLLECTIVELY BENDING A SET OF ELECTRONIC CHIPS

Note: Text based on automatic Optical Character Recognition processes. Please use the PDF version for legal matters

[ FR ]

PROCEDE DE MISE EN COURBURE COLLECTIVE D’UN ENSEMBLE DE

PUCES ELECTRONIQUES

Domaine technique

L’invention se rapporte au domaine technique de la mise en courbure collective de puces électroniques. Par « collective », on entend une mise en courbure à l’échelle de la tranche (« wafer » en langue anglaise) sur laquelle sont formées les puces électroniques, ou encore une mise en courbure simultanée d’un ensemble de puces électroniques individualisées.

L’invention trouve notamment son application dans la fabrication de capteurs d’images incurvés, ou d’afficheurs incurvés, pouvant être intégrés à un système optique (e.g. un objectif photographique) afin d’augmenter la compacité du système optique, ou d’en améliorer les performances optiques (e.g. compenser la courbure de champ, l’astigmatisme).

Etat de la technique antérieure

Un procédé de mise en courbure collective de puces électroniques connu de l’état de la technique, notamment du document US 2006/0038183 Al (ci-après Dl), comporte une étape consistant à agencer des unités de fléchissement (« flexor unit ») pour incurver les puces électroniques.

En particulier, Dl divulgue (fig. 5, §0035-36) des unités de fléchissement agencées sous le substrat comportant les puces électroniques à incurver, chaque unité comportant :

- un élément central, formé sous le substrat ;

- des espaceurs (« spacers »), s’étendant de part et d’autre de l’élément central, et formé sous le substrat ;

- une plaque (« plate »), reliant l’élément central aux espaceurs.

Les espaceurs et l’élément central possèdent des coefficients de dilatation thermique différents de sorte qu’en appliquant un traitement thermique, il est possible d’incurver le substrat, et par là-même les puces électroniques.

Par ailleurs, Dl divulgue (fig. 8, §0039) des unités de fléchissement agencées sous le substrat comportant les puces électroniques à incurver, chaque unité comportant :

- un premier matériau, formé sous le substrat ;

- un second matériau, formé sous le premier matériau.

Les premier et second matériaux possèdent des coefficients de dilatation thermique différents de sorte qu’en appliquant un traitement thermique, il est possible d’incurver le substrat, et par là-même les puces électroniques.

Un tel procédé de l’état de la technique n’est pas entièrement satisfaisant dans la mesure où les unités de fléchissement complexifient la mise en œuvre du procédé. En effet, il est nécessaire de prévoir plusieurs éléments structurels additionnels (espaceurs, plaques) et de maîtriser parfaitement le traitement thermique appliqué aux unités de fléchissement puisque la mise en courbure est effectuée avant l’individualisation des puces électroniques.

En outre, DI divulgue (flg. 11, §0042) des unités de fléchissement agencées au-dessus du substrat, surplombant les puces électroniques individualisées à incurver, chaque unité comportant :

- des espaceurs (« standoff ») formés sur le substrat, s’étendant entre les puces électroniques ;

- une plaque transparente, reliant les espaceurs, et surplombant les puces électroniques.

La plaque transparente possède un coefficient de dilatation thermique supérieur à celui du substrat de manière à incurver le substrat selon une forme concave, orientée face aux puces électroniques, après un refroidissement de la plaque transparente (formée à haute température).

Ce mode de réalisation de DI n’est pas entièrement satisfaisant car il n’est pas opérationnel pour une mise en courbure à l’échelle de la tranche (« wafer » en langue anglaise) sur laquelle sont formées les puces électroniques, et les unités de fléchissement affectent le flux lumineux entrant ou sortant des matrices de pixels des puces électroniques.

Exposé de l’invention

L’invention vise à remédier en tout ou partie aux inconvénients précités. A cet effet, l’invention a pour objet un procédé de mise en courbure collective d’un ensemble de puces électroniques, comportant les étapes :

a) prévoir l’ensemble de puces électroniques, comportant :

- un empilement comprenant :

une première couche, comprenant des première et seconde surfaces opposées, un ensemble de matrices de pixels, formé à la première surface de la première couche ; l’empilement possédant une première épaisseur et un premier coefficient de dilatation thermique ;

- un matériau, possédant une seconde épaisseur, un second coefficient de dilatation thermique strictement supérieur au premier coefficient de dilatation thermique, et une température de formation, le matériau étant formé sur l’empilement de manière à épouser le contour des matrices de pixels ;

b) découper les puces électroniques de manière à libérer les contraintes thermomécaniques subies par l’empilement ; la température de formation, le ratio entre les premier et second coefficients de dilatation thermique et le ratio entre les première et seconde épaisseurs étant adaptés de sorte qu’à l’issue de l’étape b), l’empilement est incurvé selon une forme concave prédéterminée, orientée vers le matériau, à une température de fonctionnement donnée des puces électroniques.

Ainsi, un tel procédé selon l’invention permet d’effectuer la mise en courbure lors de l’individualisation des puces électroniques, c'est-à-dire lors de la découpe de l’étape b), qui libère les contraintes thermomécaniques subies par l’empilement. Ceci est rendu possible grâce au matériau formé de manière solidaire avec l’empilement.

En outre, un tel procédé selon l’invention ne nécessite que la formation du matériau sur l’empilement, et donc pas d’éléments de structure additionnels tels que des plaques reliant des espaceurs.

Définitions

- Par «puce électronique » (« die » ou « chip » en langue anglaise), on entend une partie d’un substrat ayant subie des étapes technologiques en vue de former un composant électronique destiné à être monté sur une carte électronique ou dans un boîtier.

- Par « substrat », on entend un support physique autoporté, pouvant être par exemple une tranche (« wafer » en langue anglaise) découpée dans un lingot monocristallin de matériau semi-conducteur.

- Par « pixels », on entend :

les cellules photosensibles (appelées également photosites) dans le cas d’une puce électronique d’un capteur d’images,

les cellules émettrices de lumière (ou émissives) dans le cas d’une puce électronique d’un afficheur.

- Par « épouser le contour », on entend que le matériau formé sur l’empilement suit à distance - par alignement- le contour des matrices de pixels de manière à ne pas obstruer le flux lumineux entrant ou sortant des matrices de pixels.

- Par « prédéterminée », on entend la forme concave souhaitée pour l’application envisagée.

Le procédé selon l’invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes.

Selon une caractéristique de l’invention, l’étape a) est exécutée de sorte que :

- l’empilement comprend :

un ensemble de matrices de lentilles de focalisation, formé à la seconde surface de la première couche,

une couche d’interconnexions, formée sur les matrices de pixels ;

- le matériau est formé à la seconde surface de la première couche, en suivant le contour des matrices de lentilles de focalisation, de manière à épouser le contour des matrices de pixels.

Par « couche d’interconnexions », on entend un empilement de niveaux d’interconnexions comprenant des pistes métalliques noyées dans un matériau diélectrique.

Ainsi, un avantage procuré est d’obtenir un capteur d’images de type BSI (« Bach Side Illuminated » en langue anglaise) où la lumière incidente pénètre par le côté opposé de l’empilement où est disposée la couche d’interconnexions, ce qui évite les déperditions énergétiques, et par là-même augmente la sensibilité du capteur d’images.

Selon une caractéristique de l’invention, l’étape a) est exécutée de sorte qu’un substrat temporaire est assemblé à la couche d’interconnexions ;

et l’étape b) est précédée des étapes consistant à :

- assembler l’ensemble de puces électroniques à un substrat support, via le matériau, de sorte que les matrices de lentilles de focalisation sont face au substrat support ; puis

- retirer le substrat temporaire.

Selon une caractéristique de l’invention, l’étape b) est précédée d’une étape consistant à former des billes de soudure sur la couche d’interconnexions après le retrait du substrat temporaire.

Ainsi, un avantage procuré est de pouvoir établir une liaison électrique avec une carte électronique (ou avec un boîtier).

Selon une caractéristique de l’invention, l’étape a) comporte les étapes :

ai) prévoir un premier substrat, comprenant des première et seconde surfaces opposées ;

Άi) former l’ensemble de matrices de pixels à la première surface du premier substrat ; a3 ) former la couche d’interconnexions sur les matrices de pixels ;

a4) assembler le substrat temporaire à la couche d’interconnexions ;

as) amincir le premier substrat jusqu’à l’obtention de la première couche ;

¾) former l’ensemble de matrices de lentilles de focalisation à la seconde surface de la première couche ;

ai) former le matériau à la seconde surface de la première couche, en suivant le contour des matrices de lentilles de focalisation, de manière à épouser le contour des matrices de pixels.

Ainsi, un avantage procuré par l’amincissement du premier substrat est de favoriser la mise en courbure des puces électroniques lors de l’étape b).

Selon une caractéristique de l’invention, l’étape a) est exécutée de sorte que :

- l’empilement comprend :

une couche d’interconnexions, formée sur les matrices de pixels,

un ensemble de matrices de lentilles de focalisation, formé sur la couche d’interconnexions ;

- le matériau est formé sur la couche d’interconnexions, en suivant le contour des matrices de lentilles de focalisation, de manière à épouser le contour des matrices de pixels.

Ainsi, un avantage procuré est d’obtenir un capteur d’images de type FSI (« Front Side Illuminated » en langue anglaise) où la lumière incidente pénètre par le côté de l’empilement où est disposée la couche d’interconnexions.

Selon une caractéristique de l’invention, l’étape a) est exécutée de sorte qu’un substrat temporaire est assemblé au matériau et aux matrices de lentilles de focalisation ;

et l’étape b) est précédée des étapes consistant à :

- assembler l’ensemble de puces électroniques à un substrat support, via la seconde surface de la première couche ; puis

- retirer le substrat temporaire.

Selon une caractéristique de l’invention, l’étape a) comporte les étapes :

a’i) prévoir un premier substrat, comprenant des première et seconde surfaces opposées ; a’2) former l’ensemble de matrices de pixels à la première surface du premier substrat ; a’3) former la couche d’interconnexions sur les matrices de pixels ;

a’4) former l’ensemble de matrices de lentilles de focalisation sur la couche d’interconnexions ;

a’5) former le matériau sur la couche d’interconnexions, en suivant le contour des matrices de lentilles de focalisation, de manière à épouser le contour des matrices de pixels ;

a¾ assembler le substrat temporaire au matériau et aux matrices de lentilles de focalisation ;

a’7) amincir le premier substrat jusqu’à l’obtention de la première couche.

Ainsi, un avantage procuré par l’amincissement du premier substrat est de favoriser la mise en courbure des puces électroniques lors de l’étape b).

Selon une caractéristique de l’invention, l’étape a) comporte les étapes :

a”1) prévoir un premier substrat, comprenant des première et seconde surfaces opposées ; a’h) former l’ensemble de matrices de pixels à la première surface du premier substrat ; a.” 3) former la couche d’interconnexions sur les matrices de pixels ;

a’h) former l’ensemble de matrices de lentilles de focalisation sur la couche d’interconnexions ;

a”5) former le matériau sur la couche d’interconnexions, en suivant le contour des matrices de lentilles de focalisation, de manière à épouser le contour des matrices de pixels ; a”6) assembler un substrat support au matériau de sorte que les matrices de lentilles de focalisation sont face au substrat support ;

a’7) amincir le premier substrat jusqu’à l’obtention de la première couche.

Ainsi, un avantage procuré est de s’affranchir d’un substrat temporaire. L’amincissement du premier substrat permet de favoriser la mise en courbure des puces électroniques lors de l’étape b). En outre, de telles étapes permettent d’obtenir un capteur d’images de type FSI (« Front Side Illuminated » en langue anglaise) où la lumière incidente pénètre par le côté de d’empilement où est disposée la couche d’interconnexions.

Selon une caractéristique de l’invention, l’étape a) est exécutée de sorte que le matériau est un polymère thermodurcissable, de préférence choisi parmi une résine époxy et une résine polysiloxane.

Ainsi, un avantage procuré est de pouvoir mouler le matériau de manière à épouser le contour des matrices de pixels.

Selon une caractéristique de l’invention, le polymère thermodurcissable possède une température de formation strictement supérieure à la température de fonctionnement donnée.

L’invention a également pour objet un procédé de mise en courbure collective d’un ensemble de puces électroniques, comportant les étapes :

ao) prévoir l’ensemble de puces électroniques, préalablement découpées, et comportant chacune un empilement comprenant :

- un premier substrat, aminci, comprenant des première et seconde surfaces opposées ;

- une matrice de pixels, formée à la première surface du premier substrat ; l’empilement possédant une première épaisseur et un premier coefficient de dilatation thermique ;

bo) prévoir un moule d’injection d’un matériau, le matériau étant un polymère thermodurcissable possédant un second coefficient de dilatation thermique strictement supérieur au premier coefficient de dilatation thermique et une température de formation, le moule d’injection comportant :

- une première partie, adaptée pour recevoir l’ensemble des puces électroniques découpées ;

- une seconde partie, comprenant des empreintes agencées pour former le matériau sur l’empilement selon une seconde épaisseur, et de manière à épouser le contour de la matrice de pixels ;

co) agencer le premier substrat de chaque puce électronique sur la première partie du moule d’injection ; fermer le moule d’injection en disposant la seconde partie du moule d’injection sur la première partie du moule d’injection ; puis injecter le matériau dans le moule d’injection ;

do) appliquer un traitement thermique à la température de formation du matériau, le ratio entre les premier et second coefficients de dilatation thermique, le ratio entre les première et seconde épaisseurs, et la température de formation étant adaptés de sorte qu’à l’issue de l’étape do), l’empilement de chaque puce électronique est incurvé selon une forme concave prédéterminée, orientée vers le matériau, à une température de fonctionnement donnée de la puce électronique correspondante.

Ainsi, un tel procédé selon l’invention permet d’effectuer la mise en courbure à partir de puces électroniques individualisées, qui sont rassemblées dans le moule d’injection prévu lors de l’étape bo). La mise en courbure provient des contraintes thermomécaniques libérées après le refroidissement du matériau à l’issue de l’étape do), i.e. lorsque le matériau est mis à la température de fonctionnement de la puce électronique. Un tel procédé selon l’invention ne nécessite que la formation solidaire du matériau avec l’empilement, et donc pas d’éléments de structure additionnels tels que des plaques reliant des espaceurs comme dans l’état de la technique.

Selon une caractéristique de l’invention, l’étape ao) est exécutée de sorte que l’empilement de chaque puce électronique comprend :

- une matrice de lentilles de focalisation, formée à la seconde surface du premier substrat ;

- une couche d’interconnexions, formée sur la matrice de pixels ;

et l’étape bo) est exécutée de sorte que les empreintes sont agencées pour former le matériau à la seconde surface du premier substrat, autour de la matrice de lentilles de focalisation, de manière à épouser le contour de la matrice de pixels.

Ainsi, un avantage procuré est d’obtenir un capteur d’images de type BSI (« Bach Side Illuminated » en langue anglaise) où la lumière incidente pénètre par le côté opposé de l’empilement où est disposée la couche d’interconnexions, ce qui évite les déperditions énergétiques, et par là-même augmente la sensibilité du capteur d’images.

Selon une caractéristique de l’invention, l’étape ao) est exécutée de sorte que l’empilement de chaque puce électronique comprend :

- une couche d’interconnexions, formée sur la matrice de pixels ;

- une matrice de lentilles de focalisation, formée sur la couche d’interconnexions ;

et l’étape bo) est exécutée de sorte que les empreintes sont agencées pour former le matériau sur la couche d’interconnexions, autour de la matrice de lentilles de focalisation, de manière à épouser le contour de la matrice de pixels.

Ainsi, un avantage procuré est d’obtenir un capteur d’images de type FSI (« Front Side Illuminated » en langue anglaise) où la lumière incidente pénètre par le côté de l’empilement où est disposée la couche d’interconnexions.

Selon une caractéristique de l’invention, l’étape bo) est exécutée de sorte que la première partie du moule d’injection comporte :

- une première zone, destinée à recevoir l’ensemble de puces électroniques ;

- une deuxième zone, s’étendant autour de la première zone, et munie de plots de contact destinés à être connectés électriquement à la matrice de pixels correspondante.

Ainsi, le fait de déporter les plots de contact par rapport aux puces électroniques permet de pouvoir anticiper leur déformation lors de la mise en courbure des puces électroniques, par exemple en les formant sur une surface non-plane.

Selon une caractéristique de l’invention, la deuxième zone est incurvée selon une forme convexe adaptée de sorte que les plots de contact sont coplanaires à l’issue de l’étape do) dans un plan horizontal.

Ainsi, un avantage procuré est de faciliter une liaison électrique de la puce électronique avec une carte électronique (ou avec un boîtier), par exemple par billage sur les plots de contact, en compensant la mise en courbure des plots de contact provoquée par la mise en courbure des puces électroniques.

Selon une caractéristique de l’invention, l’étape bo) comporte une étape consistant à faire reposer la deuxième zone sur des piédestaux, agencés de sorte que la base des piédestaux et les extrémités de la deuxième zone incurvée sont coplanaires dans un plan horizontal à l’issue de l’étape do).

Ainsi, un avantage procuré est d’améliorer la tenue mécanique du moule d’injection lors de la formation du matériau. En outre, les piédestaux peuvent assurer la fonction de détrompeur permettant de faciliter l’alignement de la puce électronique avec l’axe optique d’un système optique (e.g. un objectif photographique) lors de leur intégration.

Selon une caractéristique de l’invention, l’étape bo) est exécutée de sorte que la première zone présente une topologie de surface en forme de parallélépipède rectangle creux.

Ainsi, un avantage procuré par une telle topologie de surface est de pouvoir contrôler ou modifier la courbure des puces électroniques par une épaisseur non constante de la première zone.

Selon une caractéristique de l’invention, les premier et second coefficients de dilatation thermique sont choisis de sorte que :


- a1 est le coefficient de dilatation thermique de l’empilement,

- a2 est le coefficient de dilatation thermique du matériau.

Ainsi, un avantage procuré est d’autoriser des rayons de courbure élevés pour la forme concave, et par là-même pour les puces électroniques. Le rayon de courbure peut être calculé en fonction de a1 et de a2 par la formule de Stoney.

Selon une caractéristique de l’invention, le matériau possède un module de Young supérieur à 100 MPa, de préférence supérieur à 1 GPa, plus préférentiellement supérieur à 3 GPa.

Ainsi, un avantage procuré est d’obtenir une rigidité satisfaisante du matériau autorisant la courbure souhaitée de l’empilement lors de l’étape b) ou lors de l’étape do).

Selon une caractéristique de l’invention, le matériau est muni de trous d’interconnexion.

Par « trou d’interconnexion » (« via » en langue anglaise), on entend un trou métallisé permettant d’établir une liaison électrique. Dans le cas où le matériau est un polymère thermodurcissable, le trou d’interconnexion est de type TMV (« Through Mold Via » en langue anglaise).

Ainsi, un avantage procuré est de pouvoir établir une liaison électrique entre la couche d’interconnexions et une carte électronique (ou un boîtier) par billage ou câblage, lorsque le matériau est formé sur la couche d’interconnexions.

L’invention a enfin pour objet une puce électronique, comportant un empilement comprenant :

- une première couche, comprenant des première et seconde surfaces opposées ;

- une matrice de pixels, formée à la première surface de la première couche ; l’empilement possédant une première épaisseur et un premier coefficient de dilatation thermique ;

la puce électronique étant remarquable en ce qu’elle comporte un matériau formé sur l’empilement selon une seconde épaisseur, et de manière à épouser le contour de la matrice de pixels, le matériau possédant un second coefficient de dilatation thermique strictement supérieur au premier coefficient de dilatation thermique ;

et en ce que l’empilement est incurvé selon une forme concave prédéterminée, orientée vers le matériau.

Selon une caractéristique de l’invention, l’empilement comprend :

- une matrice de lentilles de focalisation, formée à la seconde surface de la première couche ;

- une couche d’interconnexions, formée sur la matrice de pixels ;

et le matériau est formé à la seconde surface de la première couche, autour de la matrice de lentilles de focalisation, de manière à épouser le contour de la matrice de pixels.

Ainsi, un avantage procuré est d’obtenir un capteur d’images de type BSI (« Back Side Illuminated » en langue anglaise) où la lumière incidente pénètre par le côté opposé de l’empilement où est disposée la couche d’interconnexions, ce qui évite les déperditions énergétiques, et par là-même augmente la sensibilité du capteur d’images.

Selon une caractéristique de l’invention, l’empilement comprend :

- une couche d’interconnexions, formée sur la matrice de pixels ;

- une matrice de lentilles de focalisation, formée sur la couche d’interconnexions ;

et le matériau est formé sur la couche d’interconnexions, autour de la matrice de lentilles de focalisation, de manière à épouser le contour de la matrice de pixels.

Ainsi, un avantage procuré est d’obtenir un capteur d’images de type FSI (« Front Side Illuminated » en langue anglaise) où la lumière incidente pénètre par le côté de l’empilement où est disposée la couche d’interconnexions.

Brève description des dessins

D’autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans l’exposé détaillé de différents modes de réalisation de l’invention, l’exposé étant assorti d’exemples et de références aux dessins joints.

Figures la à 1j sont des vues schématiques en coupe illustrant un premier mode de mise en œuvre d’un procédé selon l’invention.

Figures 2a à 2g sont des vues schématiques en coupe illustrant un deuxième mode de mise en œuvre d’un procédé selon l’invention.

Figures 3a à 3f sont des vues schématiques en coupe illustrant un troisième mode de mise en œuvre d’un procédé selon l’invention.

Figures 4a à 4f sont des vues schématiques en coupe illustrant un quatrième mode de mise en œuvre d’un procédé selon l’invention.

Figure 5 est une vue schématique en perspective (par l’arrière) d’une portion du moule d’injection illustrant la présence de piédestaux.

Figure 6 est une vue schématique de côté de la portion du moule d’injection illustrée à la figure 5, retournée, en position fonctionnelle.

Figure 7 est une vue schématique en perspective illustrant une forme pour la zone de réception de la puce électronique sur la première partie du moule d’injection.

Figure 8 est une vue schématique illustrant l’intégration d’une puce électronique selon l’invention à un système optique.

Il est à noter que les dessins décrits ci-avant sont schématiques et ne sont pas à l’échelle par souci de lisibilité et pour simplifier leur compréhension.

Exposé détaillé des modes de réalisation

Les éléments identiques ou assurant la même fonction porteront les mêmes références pour les différents modes de réalisation, par souci de simplification.

Mise en courbure à l’échelle de la tranche

Un objet de l’invention est un procédé de mise en courbure collective d’un ensemble de puces électroniques P, comportant les étapes :

a) prévoir l’ensemble de puces électroniques P, comportant :

- un empilement comprenant :

une première couche 1, comprenant des première et seconde surfaces 10, 11 opposées,

un ensemble de matrices de pixels 2, formé à la première surface 10 de la première couche 1 ; l’empilement possédant une première épaisseur et un premier coefficient de dilatation thermique ;

- un matériau 4, possédant une seconde épaisseur, un second coefficient de dilatation thermique strictement supérieur au premier coefficient de dilatation thermique, et une température de formation, le matériau 4 étant formé sur l’empilement de manière à épouser le contour des matrices de pixels 2 ;

b) découper les puces électroniques P de manière à libérer les contraintes thermomécaniques subies par l’empilement ; la température de formation, le ratio entre les premier et second coefficients de dilatation thermique et le ratio entre les première et seconde épaisseurs étant adaptés de sorte qu’à l’issue de l’étape b), l’empilement est incurvé selon une forme concave prédéterminée, orientée vers le matériau 4, à une température de fonctionnement donnée des puces électroniques (P).

Première couche

La première couche 1 est avantageusement obtenue à partir d’un premier substrat 1’ aminci pour favoriser la mise en courbure des puces électroniques P. La première couche 1 présente avantageusement une épaisseur inférieure à 500 gm, préférentiellement inférieure à 100 gm, plus préférentiellement inférieure à 50 mm. Une telle gamme d’épaisseur permet de favoriser la mise en courbure lors de l’étape b). La première couche 1 est avantageusement réalisée dans un matériau semi-conducteur, de préférence le silicium.

Capteur d’images BSI

L’étape a) peut être exécutée de sorte que :

- l’empilement comprend :

un ensemble de matrices de lentilles de focalisation 3, formé à la seconde surface 11 de la première couche 1 ,

une couche d’interconnexions 5, formée sur les matrices de pixels 2 ;

- le matériau 4 est formé à la seconde surface 11 de la première couche 1, en suivant le contour des matrices de lentilles de focalisation 3, de manière à épouser le contour des matrices de pixels 2.

Ainsi, lorsque la puce électronique P est un capteur d’images de type BSI (« Bach Side Illuminated » en langue anglaise), la lumière incidente pénètre par le côté opposé de l’empilement où est disposée la couche d’interconnexions 5, ce qui évite les déperditions énergétiques, et par là-même augmente la sensibilité du capteur d’images.

Il est à noter que les matrices de lentilles de focalisation 3 sont optionnelles pour certains types de capteurs, notamment pour les capteurs infrarouges refroidis.

Capteur d’images FSI

L’étape a) peut être exécutée de sorte que :

- l’empilement comprend :

une couche d’interconnexions 5, formée sur les matrices de pixels 2,

un ensemble de matrices de lentilles de focalisation 3, formé sur la couche d’interconnexions 5 ;

- le matériau 4 est formé sur la couche d’interconnexions 5, en suivant le contour des matrices de lentilles de focalisation 3, de manière à épouser le contour des matrices de pixels

2.

Ainsi, lorsque la puce électronique P est un capteur d’images de type FSI (« Front Side Illuminated » en langue anglaise), la lumière incidente pénètre par le côté de l’empilement où est disposée la couche d’interconnexions 5.

Il est à noter que les matrices de lentilles de focalisation 3 sont optionnelles pour certains types de capteurs, notamment pour les capteurs infrarouges refroidis.

Couche d’interconnexions

La couche d’interconnexions 5 est un empilement de niveaux d’interconnexions comprenant des pistes métalliques noyées dans un matériau diélectrique. A titre d’exemples non limitatifs, les pistes métalliques peuvent être réalisées en cuivre ou en aluminium, et le matériau diélectrique peut être organique (un polymère tel qu’un polyimide, ou ALX commercialisé par la société ASAHI GLASS) ou inorganique (SiCh, SiN...). La couche d’interconnexion 5 peut être une couche de redistribution (RDL pour « ReDistnbution Loyer») des connexions électriques au sein d’un interposeur.

Matrices de pixels

Les pixels 2 peuvent être des cellules photosensibles (appelées également photosites) dans le cas d’une puce électronique P d’un capteur d’images.

Les pixels 2 peuvent être des cellules émettrices de lumière (ou émissives) dans le cas d’une puce électronique P d’un afficheur.

Lorsque la puce électronique P est un capteur d’images, les matrices de pixels 2 sont avantageusement munies de photodiodes (non illustrées). Les matrices de pixels 2 sont avantageusement munies de circuits de type CMOS (« Complementary Métal Oxide S emiconductor» en langue anglaise) configurés pour traiter le signal électrique généré par les photodiodes (amplification du signal, sélection du pixel...).

Lorsque la puce électronique P est un afficheur, les matrices de pixels 2 sont avantageusement munies de diodes électroluminescentes (non illustrées). Les matrices de pixels 2 sont avantageusement munies de circuits de type CMOS configurés pour commander les diodes électroluminescentes.

Les matrices de pixels 2 sont avantageusement munies de filtres colorés (non illustrés). Lorsque la puce électronique P est un capteur d’images, les filtres colorés sont avantageusement agencés en matrice de Bayer. Les filtres colorés sont interposés entre les matrices de pixels 2 et les matrices de lentilles de focalisation 3.

Matrices de lentilles de focalisation

Dans le cas d’une puce électronique P d’un capteur d’images comportant des matrices de lentilles de focalisation 3, les lentilles de focalisation 3 sont convergentes de manière à concentrer la lumière incidente vers les matrices de pixels 2. Chaque lentille de focalisation 3 est associée à un pixel. Les lentilles de focalisation 3 sont préférentiellement des microlentilles.

Matériau

Le matériau 4 est solidaire mécaniquement de l’empilement. Lorsque la puce électronique P est un capteur d’images BSI, le matériau 4 est solidaire mécaniquement de la seconde surface 11 de la première couche 1. Lorsque la puce électronique P est un capteur d’images FSI, le matériau 4 est solidaire mécaniquement de la couche d’interconnexions 5. A cet effet, le matériau 4 est choisi de manière à présenter une énergie d’adhérence satisfaisante pour obtenir la mise en courbure et éviter son décollement de l’empilement à la température de fonctionnement donnée des puces électroniques P.

Les premier et second coefficients de dilatation thermique sont avantageusement choisis de sorte que :


Il est possible de mesurer le coefficient de dilatation thermique de l’empilement par une technique connue de l’homme du métier, comme décrit dans le chapitre 2 du document « ASM Ready Reference : Thermal Properties of Metals », ASM International, 2002, ou encore dans le document B. Cassel et al., « Coejfiàent of Thermal Expansion Measurement using the TMA 4000 », PerkinElmer, Inc., 2013.

En première approximation, le coefficient de dilatation thermique de l’empilement est sensiblement égal au coefficient de dilatation thermique de la première couche 1 dans la mesure où l’épaisseur de la première couche 1 est prédominante dans l’empilement. Lorsque la première couche 1 est réalisée en silicium, a1 est de l’ordre de
, On choisira donc le matériau 4 avec a2 tel que
préférentiellement
4. Le rayon de courbure obtenu à l’issue de l’étape b) peut être calculé en fonction de a1 et a2 grâce à la formule de Stoney, connue de l’homme du métier.

Le matériau 4 possède avantageusement un module de Young supérieur à 100 MPa, de préférence supérieur à 1 GPa, plus préférentiellement supérieur à 3 GPa.

Le matériau 4 présente avantageusement une seconde épaisseur comprise entre 120 gm et 600 mm. Le matériau 4 peut être monocouche ou mulficouche. En première approximation, le ratio entre la première épaisseur (de l’empilement) et la seconde épaisseur (du matériau 4) qui influence la courbure de la forme concave peut être considéré comme gouverné par le ratio entre l’épaisseur de la première couche 1 et la seconde épaisseur dans la mesure où l’épaisseur de la première couche 1 est prédominante dans l’empilement. On choisira de préférence une seconde épaisseur du matériau 4 de l’ordre de 2,5 fois supérieure à l’épaisseur de la première couche 1 lorsque la première couche 1 est en silicium afin d’optimiser la courbure de la forme concave selon l’application envisagée.

L’étape a) peut être exécutée de sorte que le matériau 4 est un polymère thermodurcissable, de préférence choisi parmi une résine époxy et une résine polysiloxane. Le cas échéant, le second coefficient de dilatation thermique est le coefficient de dilatation thermique du polymère durci. A titre d’exemples non limitatifs, le polymère thermodurcissable peut être :

- une résine époxy, avec un module de Young de l’ordre de 9 GPa, a2 compris entre 3,1
, , et une température de réticulation de l’ordre de 71°C ;

- une résine polysiloxane, avec un module de Young de l’ordre de 3,3 GPa, a2 compris entre 2
, et une température de réticulation de l’ordre de 180°C.

Le polymère thermodurcissable possède une température de formation (e.g. température de réticulation) strictement supérieure à la température de fonctionnement donnée des puces électroniques P.

Le matériau 4 peut être muni de trous d’interconnexion 40. Le matériau 4 est préférentiellement un matériau diélectrique.

Découpe de l’étape b)

A titre d’exemples non limitatifs, l’étape b) peut être exécutée à l’aide d’une scie circulaire de précision, avec une lame à âme métallique ou à âme résinoïde diamantée.

Les puces électroniques P individualisées après l’étape b) sont destinées à être connectées à une carte électronique C par billage ou câblage, comme illustré aux figures 1j, 2g, 3e, 3f et 8.

Forme concave prédéterminée

La forme concave prédéterminée peut avoir un rayon de courbure constant ou variable (de même signe). La forme concave prédéterminée peut être asphérique. Le rayon de courbure (constant ou variable) est prédéterminé selon l’application envisagée.

Mise en courbure à l’échelle de la tranche, mode n°1 : application au capteur d’image BSI

Ce mode de mise en œuvre est illustré aux figures la à 1j.

L’étape a) peut être exécutée de sorte qu’un substrat temporaire 6 est assemblé à la couche d’interconnexions 5 (illustré à la figure le). L’étape b) est avantageusement précédée des étapes consistant à :

- assembler l’ensemble de puces électroniques P à un substrat support 7, via le matériau 4, de sorte que les matrices de lentilles de focalisation 3 sont face au substrat support 7 (illustré à la figure lg) ; puis

- retirer le substrat temporaire 6 (illustré à la figure lg).

Le substrat temporaire 6 peut être une tranche de silicium ou de verre. Le substrat temporaire 6 peut être assemblé à la couche d’interconnexions 5 à l’aide d’une colle temporaire.

L’étape b) est avantageusement précédée d’une étape consistant à former des billes de soudure BS sur la couche d’interconnexions 5 après le retrait du substrat temporaire 6 (illustré à la figure lh).

Le substrat support 7 peut être un film adhésif, agencé du côté du matériau 4, et aspiré par un plateau de maintien à vide d’une tranche (« vacuum chuck » en langue anglaise).

L’étape a) comporte avantageusement les étapes :

ai) prévoir un premier substrat 1’, comprenant des première et seconde surfaces 10, 11 opposées ;

a2 ) former l’ensemble de matrices de pixels 2 à la première surface 10 du premier substrat 1’ ; (illustré à la figure la)

a3) former la couche d’interconnexions 5 sur les matrices de pixels 2 ; (illustré à la figure lb)

a4) assembler le substrat temporaire 6 à la couche d’interconnexions 5 ; (illustré à la figure le)

as) amincir le premier substrat 1’ jusqu’à l’obtention de la première couche 1, de préférence par polissage mécano-chimique ; (illustré à la figure ld)

a6) former l’ensemble de matrices de lentilles de focalisation 3 à la seconde surface 11 de la première couche 1 ; (illustré à la figure 1 e)

a 7) former le matériau 4 à la seconde surface 11 de la première couche 1, en suivant le contour des matrices de lentilles de focalisation 3, de manière à épouser le contour des matrices de pixels 2 (illustré à la figure lf).

L’utilisation du substrat temporaire 6 autorise l’amincissement du premier substrat 1’ afin d’assurer la tenue mécanique de l’empilement.

L’étape a 7) peut être exécutée par photolithographie. L’étape a 7) est avantageusement exécutée par moulage, à l’aide d’un moule d’injection (non illustré à la figure lf), de manière à obtenir un meilleur contrôle de l’épaisseur et de la forme du matériau 4. Le moule d’injection comporte :

- une première partie, adaptée pour recevoir l’empilement ;

- une seconde partie, comprenant des empreintes agencées pour former le matériau 4 à la seconde surface 11 de la première couche 1, en suivant le contour des matrices de lentilles de focalisation 3, de manière à épouser le contour des matrices de pixels 2.

La première partie du moule d’injection comporte avantageusement des piédestaux agencés pour assurer la fonction de détrompeur, ce qui permet de faciliter l’alignement des puces électronique P avec l’axe optique d’un système optique (e.g. un objectif photographique) lors de leur intégration.

Mise en courbure à l’échelle de la tranche, mode n°2 : application au capteur d’image FSI

Ce mode de mise en œuvre est illustré aux figures 2a à 2g.

L’étape a) peut être exécutée de sorte qu’un substrat temporaire 6 est assemblé au matériau 4 et aux matrices de lentilles de focalisation 3 (illustré à la figure 2d). L’étape b) est avantageusement précédée des étapes consistant à :

- assembler l’ensemble de puces électroniques P à un substrat support 7, via la seconde surface 11 de la première couche 1 ; (illustré à la figure 2e) puis

- retirer le substrat temporaire 6 (illustré à la figure 2e).

Le substrat support 7 peut être un film adhésif, agencé du côté de la seconde surface 11 de la première couche 1, et aspiré par un plateau de maintien à vide d’une tranche (« vacuum chuck » en langue anglaise).

L’étape a) comporte avantageusement les étapes :

a’i) prévoir un premier substrat 1’, comprenant des première et seconde surfaces 10, 11 opposées ;

a’2) former l’ensemble de matrices de pixels 2 à la première surface 10 du premier substrat

1’ ; (illustré à la figure 2a)

a’3) former la couche d’interconnexions 5 sur les matrices de pixels 2 ; (illustré à la figure 2a)

a’4) former l’ensemble de matrices de lentilles de focalisation 3 sur la couche d’interconnexions 5 ; (illustré à la figure 2b)

a’5) former le matériau 4 sur la couche d’interconnexions 5, en suivant le contour des matrices de lentilles de focalisation 3, de manière à épouser le contour des matrices de pixels

2 ; (illustré à la figure 2c)

a7) assembler le substrat temporaire 6 au matériau 4 et aux matrices de lentilles de focalisation 3 ; (illustré à la figure 2d)

a’7) amincir le premier substrat (1’) jusqu’à l’obtention de la première couche (1), de préférence par polissage mécano-chimique (illustré à la figure 2d).

L’utilisation du substrat temporaire 6 autorise l’amincissement du premier substrat 1’ afin d’assurer la tenue mécanique de l’empilement.

Avant l’étape a’5), l’étape a) peut comporter une étape consistant à former des trous d’interconnexion 40 entre les matrices de lentilles de focalisation 3. Pour ce faire, des piliers métalliques 40, de préférence en aluminium ou en cuivre, sont formés sur la couche d’interconnexions 5, entre les matrices de lentilles de focalisation 3. Plus précisément, à titre d’exemple, une couche de germination métallique (« seed loyer » en langue anglaise) peut être déposée sur la couche d’interconnexions 5, permettant le contact électrique pleine plaque pour la future croissance électrochimique des piliers métalliques 40. La couche de germination peut présenter une épaisseur de l’ordre de 300 nm. Ensuite, une résine de photolithographie peut être déposée sur la couche de germination, puis exposée à un rayonnement ultraviolet à travers un masque de manière à former des motifs délimitant les futurs piliers métalliques 40. L’épaisseur de la résine de photolithographie est choisie de manière à être égale à la hauteur des futurs piliers métalliques 40. La couche de germination est ensuite polarisée dans un bain dédié permettant la croissance électrochimique des piliers métalliques 40. Enfin, la résine de photolithographie est retirée et la partie de la couche de germination s’étendant sous la résine de photolithographie lors de la croissance électrochimique est gravée. L’étape a’s) peut alors être exécutée en moulant le matériau 4 autour des piliers métalliques 40 de sorte que les trous d’interconnexion 40 forment des TMV. Les TMV peuvent avoir une forme rectiligne ou conique. Il est possible de former une couche de protection des matrices de lentilles de focalisation 3 avant le moulage du matériau 4 autour des piliers métalliques 40. Le moulage du matériau 4 peut être suivi d’une étape d’aplanissement du matériau 4.

En raison de la topologie de surface, l’étape a/) est exécutée par une technique particulière, telle que le procédé CONDOx connu de l’homme du métier, notamment décrit dans le document US 2017/0062278. Le substrat temporaire 6 peut comporter une résine durcissable aux rayons ultraviolets (e.g. la résine ResiFlat commercialisée par DISCO Corporation ou la résine Temploc commercialisée par DENKA), assemblée au matériau 4 et aux matrices de lentilles de focalisation 3 par l’intermédiaire d’un film protecteur. En effet, le matériau 4 et les matrices de lentilles de focalisation 3 sont préalablement recouverts d’un film protecteur. La résine est assemblée au film protecteur grâce à un support assurant la tenue mécanique de la résine, le support pouvant être réalisé en verre ou en polytéréphtalate d’éthylène (PET). Le substrat temporaire 6 peut être retiré ultérieurement en retirant dans un premier temps la résine et le support, puis en retirant dans un second temps le film protecteur par un traitement adapté, par exemple par rayonnement ultraviolets ou par un agent chimique.

Mise en courbure à l’échelle de la tranche, mode n°3 : application au capteur d’image FSI

Ce mode de mise en œuvre est illustré aux figures 3a à 3f.

L’étape a) peut comporter les étapes :

a”i) prévoir un premier substrat 1’, comprenant des première et seconde surfaces 10, 11 opposées ;

a.” 2) former l’ensemble de matrices de pixels 2 à la première surface 10 du premier substrat 1’ ;

a”3) former la couche d’interconnexions 5 sur les matrices de pixels 2 ;

a’h) former l’ensemble de matrices de lentilles de focalisation 3 sur la couche d’interconnexions 5 ; (illustré à la figure 3c)

a”5) former le matériau 4 sur la couche d’interconnexions 5, en suivant le contour des matrices de lentilles de focalisation 3, de manière à épouser le contour des matrices de pixels 2 ; (illustré à la figure 3d)

a”6) assembler un substrat support 7 au matériau 4 de sorte que les matrices de lentilles de focalisation 3 sont face au substrat support 7 ; (illustré à la figure 3d)

a’7) amincir le premier substrat 1’ jusqu’à l’obtention de la première couche 1, de préférence par polissage mécano-chimique (illustré à la figure 3d).

Comme illustré à la figure 3b, avant l’étape a”s), l’étape a) peut comporter une étape consistant à former des trous d’interconnexion 40 entre les matrices de lentilles de focalisation 3. Pour ce faire, des piliers métalliques 40, de préférence en aluminium ou en cuivre, sont formés sur la couche d’interconnexions 5, entre les matrices de lentilles de focalisation 3. Plus précisément, à titre d’exemple, une couche de germination métallique (« seed loyer » en langue anglaise) peut être déposée sur la couche d’interconnexions 5, permettant le contact électrique pleine plaque pour la future croissance électrochimique des piliers métalliques 40. La couche de germination peut présenter une épaisseur de l’ordre de 300 nm. Ensuite, une résine de photolithographie peut être déposée sur la couche de germination, puis exposée à un rayonnement ultraviolet à travers un masque de manière à former des motifs délimitant les futurs piliers métalliques 40. L’épaisseur de la résine de photolithographie est choisie de manière à être égale à la hauteur des futurs piliers métalliques 40. La couche de germination est ensuite polarisée dans un bain dédié permettant la croissance électrochimique des piliers métalliques 40. Enfin, la résine de photolithographie est retirée et la partie de la couche de germination s’étendant sous la résine de photolithographie lors de la croissance électrochimique est gravée. L’étape a”s) peut alors être exécutée en moulant le matériau 4 autour des piliers métalliques 40 de sorte que les trous d’interconnexion 40 forment des TMV. Les TMV peuvent avoir une forme rectiligne ou conique. Il est possible de former une couche de protection des matrices de lentilles de focalisation 3 avant le moulage du matériau 4 autour des piliers métalliques 40. Le moulage du matériau 4 peut être suivi d’une étape d’aplanissement du matériau 4.

Le substrat support 7 peut être un film adhésif, agencé du côté du matériau 4, et aspiré par un plateau de maintien à vide d’une tranche (« vacuum chuck » en langue anglaise).

Comme illustré aux figures 3e et 3f, les puces électroniques P individualisées sont destinées à être connectées à une carte électronique C par billage ou câblage.

Mise en courbure simultanée d’un ensemble de puces électroniques

individualisées

Comme illustré aux figures 4a à 4f, un objet de l’invention est un procédé de mise en courbure collective d’un ensemble de puces électroniques P, comportant les étapes :

ao) prévoir l’ensemble de puces électroniques P, préalablement découpées, et comportant chacune un empilement comprenant :

- un premier substrat 1’, aminci, comprenant des première et seconde surfaces 10, 11 opposées ;

- une matrice de pixels 2, formée à la première surface 10 du premier substrat 1’ ; l’empilement possédant une première épaisseur et un premier coefficient de dilatation thermique ;

bo) prévoir un moule d’injection 8 d’un matériau 4, le matériau 4 étant un polymère thermodurcissable possédant un second coefficient de dilatation thermique strictement supérieur au premier coefficient de dilatation thermique et une température de formation, le moule d’injection 8 comportant :

- une première partie 80, adaptée pour recevoir l’ensemble des puces électroniques P découpées ;

- une seconde partie 81, comprenant des empreintes 810 agencées pour former le matériau 4 sur l’empilement selon une seconde épaisseur, et de manière à épouser le contour de la matrice de pixels 2 ;

co) agencer le premier substrat 1’ de chaque puce électronique P sur la première partie 80 du moule d’injection 8 ; fermer le moule d’injection 8 en disposant la seconde partie 81 du moule d’injection 8 sur la première partie 80 du moule d’injection 8 ; puis injecter le matériau 4 dans le moule d’injection 8 ;

do) appliquer un traitement thermique à la température de formation du matériau 4, le ratio entre les premier et second coefficients de dilatation thermique, le ratio entre les première et seconde épaisseurs, et la température de formation étant adaptés de sorte qu’à l’issue de l’étape do), l’empilement de chaque puce électronique P est incurvé selon une forme concave prédéterminée, orientée vers le matériau 4, à une température de fonctionnement donnée de la puce électronique P correspondante.

Les caractéristiques techniques décrites ci-avant pour les capteurs d’images FSI/BSI, les matrices de pixels, les matrices de lentilles de focalisation, la couche d’interconnexions, le matériau 4, la forme concave prédéterminée s’appliquent également pour ce mode de réalisation.

Capteur d’images BSI

L’étape ao) peut être exécutée de sorte que l’empilement de chaque puce électronique P comprend :

- une matrice de lentilles de focalisation 3, formée à la seconde surface 11 du premier substrat 1’ ;

- une couche d’interconnexions 5, formée sur la matrice de pixels 2 ;

L’étape bo) est exécutée de sorte que les empreintes 810 sont agencées pour former le matériau 4 à la seconde surface 11 du premier substrat 1’, autour de la matrice de lentilles de focalisation 3, de manière à épouser le contour de la matrice de pixels 2.

Il est à noter que la matrice de lentilles de focalisation 3 est optionnelle pour certains types de capteurs, notamment pour les capteurs infrarouges refroidis.

Capteur d’images FSI

L’étape ao) peut être exécutée de sorte que l’empilement de chaque puce électronique P comprend :

- une couche d’interconnexions 5, formée sur la matrice de pixels 2 ;

- une matrice de lentilles de focalisation 3, formée sur la couche d’interconnexions 5 ;

L’étape bo) est exécutée de sorte que les empreintes 810 sont agencées pour former le matériau 4 sur la couche d’interconnexions 5, autour de la matrice de lentilles de focalisation 3, de manière à épouser le contour de la matrice de pixels 2.

Il est à noter que la matrice de lentilles de focalisation 3 est optionnelle pour certains types de capteurs, notamment pour les capteurs infrarouges refroidis.

Moule d’injection

Le moule d’injection 8 est réalisé dans un matériau réfractaire à la température de formation (e.g. température de réticulation) du polymère thermodurcissable. Le moule d’injection 8 est préférentiellement réalisé en silicone.

L’étape bo) est avantageusement exécutée de sorte que la première partie 80 du moule d’injection 8 comporte :

- une première zone 800, destinée à recevoir l’ensemble des puces électroniques P ;

- une deuxième zone 801, s’étendant autour de la première zone 800, et munie de plots de contact PC destinés à être connectés électriquement à la matrice de pixels 2 correspondante.

Les plots de contact PC sont réalisés dans un matériau métallique, tel que Cu, Al. Les plots de contact PC sont destinés à être connectés électriquement à la matrice de pixels 2 via la couche d’interconnexions 5, de préférence à l’aide d’un câblage par fils F.

La deuxième zone 801 est avantageusement incurvée selon une forme convexe adaptée de sorte que les plots de contact PC sont coplanaires à l’issue de l’étape do) dans un plan horizontal. Ainsi, un avantage procuré est de faciliter une liaison électrique de la puce électronique P avec une carte électronique C, comme schématisé à la figure 8, en formant des billes de soudure BS sur les plots de contact PC (figure 4f).

Comme illustré aux figures 5 et 6, l’étape bo) comporte avantageusement une étape consistant à faire reposer la deuxième zone 801 sur des piédestaux 82, agencés de sorte que la base des piédestaux 82 et les extrémités de la deuxième zone 801 incurvée sont coplanaires dans un plan horizontal à l’issue de l’étape do). Les piédestaux 82 peuvent assurer la fonction de détrompeur permettant de faciliter l’alignement de la puce électronique P avec l’axe optique d’un système optique A (e.g. un objectif photographique) lors de leur intégration à l’aide d’une monture B, comme schématisé à la figure 8.

Comme illustré à la figure 7, l’étape bo) est avantageusement exécutée de sorte que la première zone 800 présente une topologie de surface en forme de parallélépipède rectangle creux.

L’invention ne se limite pas aux modes de réalisation exposés. L’homme du métier est mis à même de considérer leurs combinaisons techniquement opérantes, et de leur substituer des équivalents.