FR3002084A1 - Structure electronique incluant un element de conversion d'energie - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne une structure (360) comprenant au moins un dispositif électronique (330) générant de la chaleur lors de son fonctionnement et un élément de conversion d'énergie (335) apte à convertir la chaleur en un courant électrique, le dispositif électronique (330) et l'élément de conversion d'énergie (335) comportant respectivement une première surface (330b) et une deuxième surface (335a) en regard l'une de l'autre, dans laquelle au moins 60% des première et deuxième surfaces (330b, 335a) sont couplées ensemble thermiquement.

Description

Arrière-plan de l'invention La présente invention concerne la fabrication de structures comprenant des dispositifs électroniques et porte plus particulièrement sur une structure, de type multicouche par exemple, dotée d'un élément de conversion d'énergie apte à générer un courant électrique à partir de la chaleur produite par un dispositif électronique inclus dans la structure.

De façon connue, les composants électroniques tels les circuits intégrés (en particulier les processeurs) ont tendance à générer une quantité importante de chaleur en fonctionnement. Cela constitue une perte d'énergie importante qu'il peut être intéressant de récupérer. Par ailleurs, la chaleur dégagée par les composants électroniques peut affecter leur fonctionnement et leur intégrité. A ce jour, divers dispositifs de valorisation d'énergie permettant de valoriser la quantité de chaleur dégagée par les composants électroniques existent. Ces dispositifs de valorisation d'énergie et les composants électroniques sont généralement fabriqués de manière indépendante, et ne sont assemblés qu'une fois leur fabrication terminée. L'assemblage ultérieur est alors réalisé par mise en contact du dispositif de valorisation d'énergie et du composant électronique terminé par l'intermédiaire de plots métalliques. Le principal inconvénient de cet assemblage est qu'il ne permet pas d'obtenir un contact (ou couplage) thermique efficace entre le dispositif de valorisation d'énergie et le composant électronique. Par ailleurs, le dispositif de valorisation d'énergie n'est pas au plus proche de la source de chaleur au sein du composant électronique, et n'est donc pas optimal tant en terme de refroidissement du composant électronique qu'en terme de conversion de la chaleur produite par le composant électronique. Il est intéressant d'avoir des systèmes comprenant des circuits intégrés capables de valoriser la chaleur produite. Plus généralement, il existe donc un besoin pour une solution intégrée permettant d'améliorer le coût énergétique lié au fonctionnement des composants électroniques.

Objet et résumé de l'invention A cet effet, la présente invention concerne une structure comprenant au moins un dispositif électronique générant de la chaleur lors 5 de son fonctionnement et un élément de conversion d'énergie apte à convertir la chaleur en un courant électrique, le dispositif électronique et l'élément de conversion d'énergie comportant respectivement une première surface et une deuxième surface en regard l'une de l'autre, dans laquelle au moins 60% des première et deuxième surfaces sont couplées ensemble 10 thermiquement. La présente invention permet, contrairement aux systèmes conventionnels utilisant des plots métalliques, de maximiser le transfert de chaleur du dispositif électronique vers l'élément de conversion d'énergie et, par conséquent, d'obtenir une efficacité optimale de conversion de chaleur 15 en courant électrique. Selon un mode de réalisation particulier, le couplage thermique entre les surfaces en regard dudit au moins un dispositif électronique et de l'élément de conversion d'énergie est continu. Autrement dit, la totalité des surfaces situées en regard sont couplées ensemble thermiquement. 20 Selon un mode de réalisation particulier, le couplage thermique est tel que le gradient thermique entre les deux surfaces en regard l'une de l'autre est inférieur ou égale à 20°C. Le flux de chaleur du dispositif électronique vers l'élément de conversion d'énergie est ainsi facilité, permettant de ce fait d'améliorer encore la conversion de chaleur en courant électrique. 25 Selon un mode de réalisation particulier, le couplage thermique présente un coefficient de conductivité thermique supérieur ou égal à 10 W.m-1.K-1. Le flux de chaleur du dispositif électronique vers l'élément de conversion d'énergie est ainsi facilité, permettant de ce fait d'améliorer encore la conversion de chaleur en courant électrique. 30 Dans une première variante, l'élément de conversion d'énergie est un élément thermoélectrique. Dans une seconde variante, l'élément de conversion d'énergie comprend un élément multiferroïque couplé à un module de conversion, le module de conversion étant apte à convertir en courant électrique un champ 35 magnétique généré par l'élément rnultiferroïque à partir de ladite chaleur.

Dans une troisième variante, l'élément de conversion d'énergie comprend un élément pyroélectrique couplé à un convertisseur tension-courant, le convertisseur tension-courant étant apte à convertir en courant électrique une tension générée par l'élément pyroélectrique à partir de la chaleur.

Selon un mode de réalisation particulier, l'élément de conversion d'énergie comprend deux électrodes pour collecter le courant pouvant être généré par l'élément de conversion d'énergie. La structure peut en outre comprendre un boîtier dans lequel sont disposés le dispositif électronique et l'élément de conversion d'énergie, les deux électrodes s'étendant jusqu'à l'extérieur dudit boîtier. Il est ainsi possible, au moyen de ces électrodes, de collecter à l'extérieur du boîtier de la structure un courant électrique généré par l'élément de conversion d'énergie à partir de la chaleur dégagée par le dispositif électronique. Selon un mode de réalisation particulier, l'élément de conversion d'énergie est sous la forme d'une couche et le dispositif électronique est collé sur l'élément de conversion d'énergie. On comprendra dans ce document par « couche », tous types de couches plus ou moins épaisses incluant également la notion de substrat. Dans un cas particulier, l'élément thermoélectrique mentionné ci-avant 20 est au moins en partie en SiGe ou en TeAn. Par ailleurs, le dispositif électronique peut être un microprocesseur. Selon un mode de réalisation particulier, les première et deuxième surfaces sont collées par adhésion moléculaire. L'élément de conversion d'énergie est avantageusement au plus proche de la source chaude que 25 constitue le dispositif électronique. La qualité du couplage thermique est ainsi optimale. D'autre part, la présente invention concerne un procédé de fabrication d'une structure comprenant au moins un dispositif électronique générant de la chaleur lors de son fonctionnement et un élément de conversion d'énergie 30 apte à convertir ladite chaleur en un courant électrique, le dispositif électronique et l'élément de conversion d'énergie comportant respectivement une première surface et une deuxième surface en regard l'une de l'autre, le procédé comprenant une étape de couplage thermique dudit au moins un dispositif électronique avec l'élément de conversion d'énergie de sorte 35 qu'au moins 60% desdites première et deuxième surfaces soient couplées ensemble thermiquement.

On notera que les avantages et commentaires énumérés en référence aux différents modes de réalisation de la structure selon l'invention s'appliquent de manière analogue aux différents modes de réalisation du procédé de fabrication de l'invention.

Selon un mode de réalisation particulier, le couplage thermique entres lesdites première et deuxième surfaces est réalisé par collage par adhésion moléculaire. L'élément de conversion d'énergie est avantageusement au plus proche de la source chaude que constitue le dispositif électronique. La qualité du couplage thermique est ainsi optimale.

Selon un mode de réalisation particulier, le couplage thermique est tel que le gradient thermique entre les deux surfaces en regard l'une de l'autre est inférieur ou égale à 20°C. Selon un mode de réalisation particulier, le procédé comprend en outre une étape d'agencement d'au moins deux électrodes à des bornes de l'élément de conversion d'énergie pour collecter le courant pouvant être généré par l'élément de conversion d'énergie. Selon un mode de réalisation particulier, l'élément de conversion d'énergie est sous la forme d'une couche, le couplage thermique étant réalisé par collage dudit au moins un dispositif électronique sur l'élément de conversion d'énergie. Comme déjà indiqué ci-avant, cette couche peut correspondre à un substrat. Selon un mode de réalisation particulier, ledit au moins un dispositif électronique générant de la chaleur lors de son fonctionnement correspond à une pluralité de dispositifs électroniques couplés thermiquement à l'élément de conversion d'énergie lors de l'étape de couplage. La présente invention concerne également un procédé de fabrication de composants à partir d'une structure fabriquée selon un procédé de fabrication tel que défini ci-avant, comprenant une étape de découpe de la structure en une pluralité de composants, chacun des composants comprenant l'un des dispositifs électroniques couplé thermiquement à une portion correspondante de l'élément thermoélectrique. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : la figure 1 représente, de manière schématique, un exemple d'élément thermoélectrique inclus dans un module de refroidissement thermoélectrique ; les figures 2A et 2B représentent, de manière schématique, un autre exemple d'agencement d'un module de refroidissement thermoélectrique ; - les figures 3A-3G et 4 représentent, de manière schématique, les principales étapes d'un procédé de fabrication conforme à un premier mode de réalisation de l'invention ; - les figures 5A-5E et 6 représentent, de manière schématique, les principales étapes d'un procédé de fabrication conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention ; les figures 7A à 7D représentent, de manière schématique, des variantes des modes de réalisation mentionnés ci-dessus ; et la figure 8 représente, de manière schématique, une autre variante des modes de réalisation mentionnés ci-dessus.

Description détaillée de plusieurs modes de réalisation La présente invention concerne la fabrication de structures comprenant des dispositifs électroniques et porte plus particulièrement sur une structure (e.g. une structure multicouche) comprenant un dispositif électronique et un élément de conversion d'énergie apte à générer un courant électrique à partir de la chaleur produite par le dispositif électronique dans la structure. Par ailleurs, la conversion de la chaleur en courant électrique permet de refroidir le dispositif électronique. Comme indiqué ci-avant, la déposante a observé que la chaleur dégagée par les dispositifs électroniques en fonctionnement représente une source d'énergie mal exploitée à ce jour par les dispositifs de valorisation d'énergie. La déposante a constaté que pour assurer un transfert de chaleur efficace du dispositif électronique vers l'élément de conversion d'énergie, il est nécessaire qu'une portion importante des surfaces en regard des deux éléments soit couplée thermiquement.

Conformément à la présente invention, le dispositif électronique et l'élément de conversion d'énergie comportent respectivement une première et une deuxième surface en regard l'une de l'autre (i.e. en correspondance l'une en face de l'autre), au moins 60%, et de préférence au moins 95% des première et deuxième surfaces étant couplées ensemble thermiquement (i.e. en contact thermique).

On comprendra dans ce document que ladite première (respectivement deuxième) surface mentionnée ci-dessus peut correspondre à tout ou partie d'une face du dispositif électronique (respectivement de l'élément de conversion d'énergie) selon le cas. Ainsi, le dispositif électronique et l'élément de conversion d'énergie peuvent par exemple comporter respectivement une première et une deuxième face partiellement en regard l'une de l'autre, de sorte que seules les portions desdites faces positionnées effectivement en regard (i.e. en correspondance l'une en face de l'autre) sont couplées ensemble thermiquement sur au moins 60% de la surface desdites portions respectives.

De manière encore plus préférée, le couplage thermique entre les surfaces en regard du dispositif électronique et de l'élément de conversion d'énergie est continu, ce qui signifie que 100% des deux surfaces en regard sont couplées thermiquement l'une avec l'autre. Contrairement à une mise en contact conventionnelle faisant intervenir des plots métalliques par exemple (couplage thermique discontinu), le couplage thermique selon l'invention permet d'homogénéiser et de maximiser la surface d'échange de chaleur entre les surfaces en regard du dispositif électronique et de l'élément de conversion d'énergie. Dans ce document, on entend par « couplage thermique » un état dans lequel deux éléments couplés échangent des flux de chaleurs lorsqu'un gradient de température existe entre ces deux éléments. De plus, le couplage thermique selon l'invention est tel que le gradient thermique Gd entre les deux surfaces en regard couplées thermiquement est de préférence faible, c'est-à-dire tel que Gd 20°C, de préférence 10°C, et encore plus préférentiellement Gd = 0°C. Lorsque le couplage thermique entre les première et deuxième surfaces en vis-à-vis présente un gradient thermique faible comme défini ci-dessus, il en résulte de manière avantageuse que les températures des surfaces en question sont très proches voire égales l'une de l'autre. Pour ce faire, l'élément de conversion d'énergie est positionné de préférence au plus proche de la source de chaleur constituée par le dispositif électronique : on obtient ainsi un contact intime entre les deux éléments. Toutefois, comme expliqué en détail par la suite, le contact entre le dispositif électronique et l'élément de conversion d'énergie peut être direct ou indirect (c'est-à-dire via au moins un élément intermédiaire).

En effet, les systèmes de conversion d'énergie conventionnels ne sont pas en contact suffisamment continu et avec un gradient thermique suffisamment bas pour assurer une conversion efficace de la chaleur dégagée par un dispositif électronique en fonctionnement. La présente invention met donc en oeuvre, dans une structure, un élément de conversion d'énergie apte à convertir en courant électrique la chaleur générée par un dispositif électronique disposé en vis-à-vis dans la structure, et dans lequel au moins 60%, de préférence au moins 95%, et de manière encore plus préférée 100% (i.e. couplage thermique continu) des première et deuxième surfaces en regard du dispositif électronique d'une part et de l'élément de conversion d'énergie d'autre part sont couplés thermiquement. De plus, comme indiqué ci-avant, le gradient thermique Gd entre les deux surfaces en regard est de préférence tel que Gd 20°C, de préférence Gd 10°C, encore plus préférentiellement tel que Gd est nul. Comme indiqué ci-après, différentes mises en oeuvre de cet élément de 20 conversion d'énergie sont envisageables dans le cadre de la présente invention. Selon une première variante de l'invention, l'élément de conversion d'énergie est par exemple un matériau présentant des propriétés thermoélectriques. Dans ce cas, l'invention s'appuie donc sur le phénomène 25 de la thermoélectricité. L'effet thermoélectrique intervient notamment dans des matériaux semi-conducteurs de type P ou de type N. Un matériau semiconducteur est de type P s'il présente un déficit d'électrons et de type N si il présente un excès d'électrons. Les électrons et les trous constituent des porteurs de charge, et plus particulièrement, des porteurs de charge 30 majoritaires lorsque le matériau comprend un type de porteur en excès. Dans un matériau de type N (respectivement de type P), les porteurs majoritaires sont des électrons (respectivement des trous). La thermoélectricité dans de tels matériaux peut se traduire par deux phénomènes physiques opposés : 35 (1) la conversion d'une énergie électrique en un déplacement de chaleur, ou (2) la conversion d'une énergie thermique en énergie électrique. Plus spécifiquement, l'effet (2), qui nous intéresse dans le cadre de la présente invention, correspond à l'« effet Seebeck », celui-ci se manifestant par la conversion d'une différence de température en énergie électrique. Le courant électrique ainsi généré circule de la source froide vers la source chaude lorsque le matériau thermoélectrique est de type N et inversement lorsque le matériau est de type P. A noter que le courant électrique ainsi généré est dominé par les porteurs majoritaires, ces derniers transportant l'entropie de la source chaude vers la source froide.

La figure 1 représente schématiquement un premier exemple d'élément thermoélectrique au sens de l'invention. Cet élément thermoélectrique 2 est ici inclus dans un module de refroidissement thermoélectrique 10 fonctionnant sur la base de l'effet Seebeck. La construction et le fonctionnement du module 10 sont à présent décrits en référence à cette figure. Le module thermoélectrique 10 comprend un matériau thermoélectrique 2 intercalé entre deux électrodes 8 et 9. Un dispositif électronique 4 est disposée en contact thermique avec la face externe de l'électrode 8 du module de refroidissement thermoélectrique 10, le contact thermique entre le dispositif électronique et l'élément de conversion d'énergie étant ici continu et présentant de préférence un gradient thermique Gd 20°C, de préférence 5.. 10°C, encore plus préférentiellement nul. Les électrodes 8 et 9 situées aux bornes du matériau thermoélectrique 2 peuvent comporter au moins un matériau parmi l'aluminium, le cuivre, du 25 silicium dopé, tous autres matériaux électriquement conducteurs pouvant toutefois être utilisés. Le matériau thermoélectrique 2 comporte au moins un matériau choisi parmi les matériaux suivants : un alliage de Bi-Te (par exemple du Bi2Te3), un dérivé ternaire BiTeSb, un dérivé ternaire Bi2Te3Se, un alliage de SiGe, 30 un alliage de TeAn. Le coefficient de Seebeck du matériau thermoélectrique 2 est de préférence, en valeur absolue, supérieur à 100 pV/K, préférentiellement supérieur à 150 IJV/K, et encore plus préférentiellement de l'ordre de 200 pV/K.

La conductivité thermique du matériau thermoélectrique 2 est avantageusement supérieure à 5 W.nri-1.K-1, de préférence supérieur à 10 W.m-1.K-1, et encore plus préférentiellement supérieur à 15 W.m-1.K-1. En fonctionnement, le matériau thermoélectrique 2 est soumis à un 5 gradient de température AT=Tc-Tf (avec Tc>Tf), où Tc est la température haute à laquelle se trouve l'électrode 8 et Tf est la température basse à laquelle se trouve l'électrode 9. Le flux de chaleur induit entre les électrodes 8 et 9 par le gradient de température AT génère à son tour un mouvement des porteurs de charge 10 majoritaires dans le matériau thermoélectrique 2. En réponse à ces mouvements de charges, un courant électrique 12 apparaît entre les électrodes 8 et 9 aux bornes du matériau thermoélectrique 2. En fonctionnement, la température du dispositif électronique diminue par conversion de la chaleur en courant électrique. 15 Il est possible d'augmenter le courant électrique par connexion électrique de deux matériaux de type N et P respectivement. Cette configuration à deux branches constitue un thermocouple (cf. plus en détail ci-dessous). Les figures 2A et 2B représentent schématiquement un deuxième 20 exemple d'élément thermoélectrique au sens de l'invention, cet élément thermoélectrique prenant ici la forme d'un élément 100 de conversion de la chaleur en énergie électrique fonctionnant sur la base de l'effet Seebeck. La construction et le fonctionnement du module 100 sont à présent décrits en référence à ces deux figures. 25 Le module thermoélectrique 100 comprend ici une pluralité de thermocouples 200. Chacun de ces thermocouples est constitué de deux branches formées respectivement par un premier matériau semi-conducteur M1 de type P et par un deuxième matériau semi-conducteur M2 de type N. Ces deux matériaux sont joints par un élément électriquement conducteur 20 30 dont le pouvoir thermoélectrique est supposé nul. Chaque thermocouple 200 est relié électriquement en série avec les thermocouples 200 voisins (à l'exception bien entendu des thermocouples situés aux deux extrémités du module 100 qui ne sont relié qu'à un seul thermocouple). En figure 2B, les deux branches M1 et M2 du thermocouple 35 200 sont reliées électriquement via l'élément conducteur 20A. Les éléments conducteurs 20B et 20C assurent notamment la liaison électrique avec les thermocouples 200 voisins. Alternativement, les thermocouples 200 peuvent être montés électriquement en parallèle. Le montage en série est toutefois préféré car il permet d'optimiser le flux thermique qui traverse le module 100. La chaîne de thermocouples 200 ainsi formée est ici intercalée entre deux plaques 40 et 60 thermiquement conductrices. Chaque couple 200 est couplé thermiquement via les éléments 20 avec les plaques 40 et 60. En fonctionnement, le module 100 est soumis à un gradient de température AT=Tc-Tf où Tc > Tf. Tc indique ici la température haute à laquelle se trouve la plaque 40 qui constitue la source chaude du module. Inversement, Tf indique ici la température basse à laquelle se trouve la plaque 60 qui constitue la source froide. Le flux de chaleur induit entre la source chaude 40 et la source froide 60 par le gradient de température génère à son tour un mouvement des porteurs de charge dans les branches M1 et M2 de chaque couple : les « trous » (charges positives) et les électrons (charges négatives) se déplacent de la source chaude 40 à la source froide 60 dans respectivement les branches M1 (de type P) et M2 (de type N). En réponse à ces mouvements de charges, un courant électrique apparaît entre les éléments 20B et 20C de chaque couple thermoélectrique 200. En fonctionnement, la température du dispositif électronique diminue par conversion de la chaleur en courant électrique. La déposante a conçu une structure comprenant au moins un dispositif électronique générant de la chaleur en fonctionnement et un élément de conversion d'énergie permettant, par couplage thermique avec le dispositif électronique situé en vis-à-vis, de générer un courant électrique à partir de la chaleur produite par le dispositif électronique, la température dans la structure étant ainsi sensiblement réduite. Le couplage thermique est réalisé de façon à ce qu'au moins 60%, de préférence au moins 95% et de manière encore plus préférée la totalité (100%) des surfaces en regard du dispositif électronique d'une part et de l'élément de conversion d'énergie d'autre part soient couplés ensemble thermiquement. Ce couplage thermique présente de préférence un gradient thermique Gd faible (i.e. Gd 20°C et de préférence Gd 10°C), voire un gradient thermique Gd nul.

Comme expliqué par la suite, ce couplage thermique peut être réalisé par un contact (e.g. par collage) direct ou indirect (i.e. via un élément intermédiaire tel qu'une couche d'adhésion par exemple) entre les surfaces en regard du dispositif électronique et de l'élément de conversion d'énergie.

Le couplage thermique selon l'invention permet d'améliorer l'efficacité de transfert et de la conversion d'énergie par rapport aux systèmes existants. L'élément de conversion d'énergie est avantageusement positionné au plus proche de la source chaude constituée par le dispositif électronique. Comme indiqué plus en détail par la suite, l'élément de conversion d'énergie selon l'invention peut correspondre à un élément thermoélectrique apte à convertir directement la chaleur générée par le ou les dispositifs électroniques de la structure en courant électrique. On comprendra cependant au vu de la suite de ce document que d'autres mises en oeuvre de l'élément de conversion d'énergie sont possibles dans le cadre de l'invention.

Un premier mode de réalisation de l'invention est à présent décrit en référence aux figures 3A à 3G et 4. Ces figures représentent les principales étapes d'un procédé de fabrication d'une structure conforme au premier mode de réalisation. Plus particulièrement, la figure 3A représentent une plaque 300 (ou wafer), par exemple, de type SOI (pour « Silicon On Insulator»). La plaque 300 se présente ici sous la forme d'un empilement d'une couche supérieure 302 sur une couche inférieure 306, une couche enterrée 304 se trouvant à l'interface entre ces couches 302 et 306. Les couches supérieures et inférieures sont par exemple toutes deux en Silicium et la couche enterrée 304 en Si02. On comprendra toutefois que la plaque 300 n'est pas nécessairement de type SOI mais peu alternativement être une plaque multicouche d'un type quelconque ou un substrat massif. La plaque 300 comprend en outre une pluralité de microcomposants 308 agencés ici au niveau de sa surface supérieure 301a. Dans ce document, on entend par « microcomposants », tous dispositifs ou motifs résultant des étapes technologiques réalisées sur un substrat quelconque. Il peut s'agir en particulier de composants actifs ou passifs, de composants discrets ou de circuits intégrés plus complexes.

Au cours d'une étape de collage E2, un substrat 310 (en silicium dans cet exemple) est collé sur la face supérieure 301a de la plaque SOI 300 (figure 3B). Comme expliqué ci-après, ce substrat 310 fait office de « poignée » ou de support provisoire au cours d'une partie de ce procédé de fabrication. Dans l'exemple décrit ici, l'assemblage E2 de la plaque 300 et du substrat 310 est réalisé au moyen de la technique de collage par adhésion moléculaire bien connue de l'homme du métier. D'autres techniques de collage peuvent toutefois être utilisées, comme par exemple le collage anodique, un collage métal/métal, un collage par thermo compression métallique, ou avec adhésif.

A l'étape suivante E4 (figure 3C), la plaque 300 est amincie au niveau de sa face 301b opposée à la face de collage 301a (i.e. au niveau de sa face arrière). Dans cet exemple, l'amincissement E4 comprend une phase mécanique (à l'aide d'une meule abrasive par exemple) suivie d'une phase chimique (à l'aide d'une solution d'attaque de type TMAH ou KOH par exemple) de façon à retirer la totalité de la couche inférieure 306. La couche enterrée 304 fait ici office de couche d'arrêt lors de la gravure chimique. La face arrière 310b de la plaque 300b est préparée en vue d'un deuxième collage à venir. On notera toutefois que d'autres techniques d'amincissement peuvent 20 être envisagées dans le cadre de la présente invention (procédé SmartCutTM...). Suite à l'étape E4, un élément de conversion d'énergie 315 est couplé thermiquement avec la plaque 300 et, plus particulièrement, avec les microcomposants 308 inclus dans cette plaque 300 (E6, cf. figure 3D). 25 Pour réaliser ce couplage thermique, la première surface et la deuxième surface, correspondant ici respectivement à la totalité de la face 301b de la plaque 300 et à la totalité de la face 315a de l'élément de conversion d'énergie 315, sont positionnées en regard l'une de l'autre. Conformément à l'invention, au moins 60%, de préférence au moins 30 95%, et de manière encore plus préférée 100% (i.e. couplage thermique continu) des surfaces en regard (i.e. les faces 301b et 315b dans cet exemple) sont couplées ensemble thermiquement. Dans l'exemple considéré ici, le couplage thermique est continu puisque la totalité des faces 301b et 315b est en contact.

De plus, comme indiqué ci-avant, le gradient thermique Gd entre les deux surfaces en regard 301b et 315b est de préférence tel que Gd 20°C, de préférence Gd 10°C, encore plus préférentiellement Gd = 0°C. L'élément de conversion d'énergie 315 est ainsi apte à convertir en courant électrique la chaleur pouvant être générée par les microcomposants 308. Dans l'exemple considéré ici, les faces en regard 301b et 315b sont de surface identique et le couplage thermique de l'invention est obtenue en réalisant un contact pleine plaque de l'élément de conversion d'énergie 315 avec la plaque 300.

Comme représenté en figure 3D, l'élément de conversion d'énergie 315 peut comporter un substrat massif (ou une structure hétérogène), le substrat 300 étant collé sur cet élément de conversion d'énergie lors de l'étape de couplage thermique E6. De plus, dans l'exemple envisagé ici, l'élément de conversion d'énergie 315 est un élément thermoélectrique, bien que d'autres modes de réalisation soient envisageables (cf. ci-après). Cet élément thermoélectrique 315 peut se présenter sous la forme d'un substrat massif thermoélectrique ou d'une structure hétérogène comportant au moins un matériau thermoélectrique. L'élément thermoélectrique 315 peut toutefois présenter un agencement structurel plus complexe et comprendre, par exemple, au moins un couple thermoélectrique P-N 200 tel que décrit précédemment en référence aux figures 1 et 2. Lorsque l'élément thermoélectrique 315 se présente sous la forme d'un substrat ou d'une structure hétérogène, des électrodes (non représentées) doivent être formées de part et d'autre du film, comme déjà expliqué en référence à la figure 1. Ces électrodes se présentent alors sous la forme de deux couches électriquement conductrices (en aluminium, en cuivre ou encore du silicium dopé par exemple, ou tous autres matériaux électriquement conducteurs) situées sur les faces opposées 315a et 315b de l'élément thermoélectrique 315. En revanche, lorsque l'élément thermoélectrique 315 est réalisé conformément à l'exemple des figures 2 et 3, il n'est pas nécessaire d'ajouter de couches conductrices sur les deux faces 315a et 315b (comme expliqué ci-après). Dans le cas où l'élément de conversion d'énergie 315 est un élément 35 thermoélectrique, il présente donc des caractéristiques physiques permettant de mettre en oeuvre l'effet Seebeck lorsqu'il est soumis à un gradient de température. De manière non limitative, l'élément thermoélectrique peut par exemple être formé d'au moins l'un des matériaux suivants : un alliage de Bi-Te (par exemple du Bi2Te3), un dérivé ternaire BiTeSb, un dérivé ternaire Bi2Te3Se, un alliage de SiGe et un alliage de TeAn.

Afin d'optimiser l'échange de flux thermiques entre la plaque 300 et l'élément de conversion d'énergie 315, l'interface entre ces deux éléments présente de préférence un coefficient de conduction thermique supérieur ou égal à 10 W.rn-1.K-1, de préférence supérieur ou égal à 50 W.rn-1.K-1, et encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 100 W.rn-1.K-1. Cette interface peut être de différentes natures et présenter différentes formes. Dans ce premier mode de réalisation, le couplage thermique est réalisé par collage de l'élément de conversion d'énergie 315 sur la face 301b de la plaque 300. On entend dans ce document par « collage » toute technique adaptée permettant de faire adhérer directement ou indirectement un élément sur un autre. Dans le cas présent, le collage peut être réalisé par adhésion moléculaire, par collage anodique, par collage métal/métal, par un collage par thermo compression ou avec adhésif. Dans un mode particulier, le collage est réalisé au moyen d'au moins une couche intermédiaire de collage ou couche d'adhésion (non représentée) située à l'interface de collage entre la plaque 300 et l'élément de conversion d'énergie 315. La réalisation, à l'aide de l'un des modes de collage cités précédemment, d'un couplage thermique conforme à l'invention permet de maximiser le transfert de chaleur du dispositif électronique vers l'élément de conversion d'énergie et, par conséquent, d'obtenir une meilleure efficacité de conversion de chaleur en courant électrique. La réalisation du couplage thermique par collage par adhésion moléculaire présente notamment l'avantage en ce que l'élément de conversion d'énergie est au plus proche de la source chaude constituée par le dispositif électronique.

Lorsqu'une couche intermédiaire de collage (ou d'adhésion) est utilisée, celle-ci est choisie de préférence de façon à avoir de bonnes propriétés de conduction thermique. Dans un exemple particulier, la couche de collage présente un coefficient de conduction thermique supérieur ou égal à 10 W.m-1.K-1, de préférence supérieur ou égal à 50 W.rn-1.K-1, et encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 100 W.rn-1.K-1.

Cette couche intermédiaire de collage est par exemple en polysilicium ou en silicium amorphe. Une fois l'élément de conversion d'énergie 315 collé, le substrat 310 qui faisait office de poignée est retiré (E8) de façon à obtenir une structure 320 comprenant des dispositifs électroniques (i.e. les microcomposants 308 agencés au niveau de la face 301a) couplés thermiquement avec l'élément de conversion d'énergie 315 (figures 3Ea et 3Eb appelées collectivement 3E). Par ailleurs, l'élément de conversion 315 sert d'élément raidisseur ou de support à la plaque 300. Ainsi il est possible de poursuivre les étapes de fabrication des dispositifs électroniques même après collage avec l'élément de conversion d'énergie 315. Ultimement, l'étape de couplage thermique entre les éléments 315 et 300 peut être exécutée avant la fabrication des dispositifs électriques sur le substrat 300. Une étape de découpe E10 est ensuite réalisée de façon à séparer la structure multicouche 320 en une pluralité de composants individuels 325 (figure 3F). Chacun de ces composants 325 comprend une section 330 de la plaque 300 amincie assemblée avec une portion correspondante 335 de l'élément thermoélectrique 315. Chaque section 330 comprend au moins un microcomposant 308 et correspond plus généralement à un dispositif électronique générant de la chaleur lors de son fonctionnement. On considère ici l'exemple d'un composant 325 ne contenant qu'un unique microcomposant 308.

L'étape de découpe E10 permet de conserver les caractéristiques du couplage thermique de l'invention entre la portion 335 de l'élément de conversion d'énergie 315, d'une part, et le dispositif électronique 330 (incluant un microcomposant 308), d'autre part. En particulier, au moins 60%, de préférence au moins 95%, et de manière encore plus préférée 100% (i.e. couplage thermique continu) des surfaces en regard du dispositif électronique 330 d'une part et de l'élément de conversion d'énergie 335 d'autre part (i.e. les faces 330b et 335a dans le cas présent) sont couplés ensemble thermiquement. De plus, comme indiqué ci-avant, le gradient thermique Gd entre les deux surfaces en regard est de préférence tel que Gd 20°C, de préférence 10°C, encore plus préférentiellement tel que Gd est nul.

L'étape de découpe nécessite généralement l'emploi d'un substrat support de sorte à conserver l'intégrité du substrat 300. Dans le mode réalisation décrit ici, l'élément de conversion d'énergie joue le rôle de substrat support lors de l'étape de découpe des dispositifs électroniques.

Chaque composant 325 peut ensuite être monté (E12) dans un boîtier respectif 340 afin de former une structure 360 (figure 3G). Des électrodes (ou connexions électriques) 345 sont également agencées de manière conventionnelle au niveau du microcomposant 308 afin de pouvoir contrôler ce dernier depuis l'extérieur du boîtier 340.

De plus, deux électrodes 350 sont agencées aux bornes électriques 352 de l'élément de conversion d'énergie 335 afin de pouvoir collecter un courant électrique susceptible d'être générer par l'élément de conversion d'énergie 335 à partir de la chaleur produite par le microcomposant 308. Dans le cas envisagé ici, l'élément de conversion d'énergie 335 est un élément thermoélectrique apte à générer un courant électrique par effet Seebeck à partir de la chaleur produite par le microcomposant 308 lorsque ce dernier est en fonctionnement. Dans le cas par exemple où une succession de thermocouples P-N 200 est reliée électriquement en série tout le long de la couche de l'élément de conversion d'énergie 335, une électrode 350 est appliquée à chacune des extrémités de la chaîne de thermocouples (comme représenté en figure 3G). Dans ce cas, il n'est donc pas nécessaire d'avoir des couches électriquement conductrices disposées sur les deux faces 335a et 335b de l'élément de conversion thermoélectrique 335. En revanche, si l'élément de conversion d'énergie 335 est un élément thermoélectrique se présentant sous la forme d'un film monocouche ou multicouche, les électrodes 350 sont montées de façon à être reliées électriquement aux couches conductrices (non représentées) qui, comme indiquées ci-avant, doivent être formées sur les deux faces 335a et 335b de l'élément thermoélectrique 335.

Les techniques d'encapsulation de circuits intégrés et autres composants électroniques sont bien connues de l'homme du métier et ne seront pas décrites en détail dans le cas présent. Les électrodes 350 sont configurées pour collecter un courant électrique pouvant être généré par l'élément de conversion d'énergie 335 à partir de la chaleur dégagée en fonctionnement par le dispositif électronique 330, et pour transporter ce courant dans une autre partie du boîtier 340 du composant 325. De façon avantageuse, ce courant est par exemple transporté vers le microcomposant 308 ou vers un autre dispositif électronique (non représenté) positionné dans le même boîtier 340. Le courant ainsi collecté peut faire office d'alimentation électrique principale ou complémentaire selon le cas. De façon alternative, les électrodes 350 peuvent être agencées de façon à s'étendre jusqu'à l'extérieur du boîtier 340. Il est ainsi possible de transporter et d'utiliser le courant électrique généré par l'élément de conversion d'énergie 335 en dehors de la structure 360.

Un deuxième mode de réalisation de l'invention est à présent décrit en référence aux figures 5A à 5E et 6. Ces figures représentent les principales étapes d'un procédé de fabrication d'une structure conforme au deuxième mode de réalisation. Plus particulièrement, la figure 5A représente une plaque 500 (ou wafer), par exemple, de type SOI (pour « Silicon On Insulator») identique à la plaque 300 de la figure 3A. La plaque 500 correspond à un empilement d'une couche supérieure 502 sur une couche inférieure 506, une couche enterrée 504 se trouvant à l'interface entre ces couches 502 et 506. Les couches supérieures et inférieures sont par exemple toutes deux en Silicium et la couche enterrée 504 en Si02. De même que pour la plaque 300, la plaque 500 n'est pas nécessairement de type SOI mais peu alternativement être une plaque multicouche d'un type quelconque ou encore un substrat massif. La plaque 500 comprend également des microcomposants 508 agencés ici au niveau de sa surface inférieure 501b. Au cours de l'étape E22, un élément de conversion d'énergie 515 est couplé thermiquement avec la plaque 500 (figure 5B) de la même manière que décrit précédemment en référence au couplage thermique E6. L'élément de conversion d'énergie 515 présente des caractéristiques identiques à celles de l'élément de conversion d'énergie 315 et peut comprendre dans cet exemple un substrat massif (ou une structure hétérogène). De même que pour l'élément de conversion d'énergie 315 précédemment décrit, l'élément de conversion d'énergie 515 peut par exemple correspondre à un élément thermoélectrique, bien que des variantes soient envisageables (cf. ci-après).

Le couplage thermique selon l'invention est ici réalisé par collage de l'élément thermoélectrique 515 sur la face inférieure 501b de la plaque 500. Comme indiqué précédemment, toute technique de collage adaptée peut être envisagée. Dans le cas présent, et de manière non limitative, le collage peut être réalisé par adhésion moléculaire, par collage anodique, par collage métal/métal, par un collage par thermo compression ou avec adhésif. Dans un mode particulier, le collage est réalisé au moyen d'au moins une couche intermédiaire de collage (non représentée) à l'interface de collage entre la plaque 500 et l'élément de conversion d'énergie 515.

La réalisation d'un couplage thermique conforme à l'invention par l'un des modes de collage cité précédemment permet avantageusement de maximiser le transfert de chaleur du dispositif électronique vers l'élément de conversion d'énergie et, par conséquent, d'obtenir une meilleure efficacité de conversion de chaleur en courant électrique. L'élément de conversion d'énergie est avantageusement au plus proche de la source chaude constituée par le dispositif électronique. Par ailleurs, l'élément de conversion 515 sert d'élément raidisseur ou de support de la plaque 500. Ainsi il est possible de poursuivre les étapes de fabrication des dispositifs électroniques même après collage avec l'élément 20 de conversion d'énergie 515. Ultimement, l'étape de couplage entre les éléments 515 et 500 peut être exécutée avant la fabrication des dispositifs électriques sur le substrat 500. Une fois le couplage thermique réalisé et les étapes de fabrication des 25 dispositifs électroniques terminées, la plaque 500 est amincie (E24) au niveau de sa face supérieure 501a (face arrière) de la même manière qu'indiqué ci-avant en référence à l'étape E4, de façon à retirer la totalité de la couche supérieure 502 (figure 5C). La couche enterrée 504 fait ici aussi office de couche d'arrêt lors de la gravure chimique. 30 Une étape de découpe E26 identique à l'étape E10 décrite précédemment est ensuite réalisée afin de séparer la structure multicouche 520 en une pluralité de composants individuels 525 (figure 5D). Chacun de ces composants 525 comprend une section 530 de la plaque 500 assemblée avec une portion correspondante 535 de l'élément de conversion d'énergie 35 515. Chaque section 530 comprend au moins un microcomposant 508 et correspond plus généralement à un dispositif électronique générant de la chaleur lors de son fonctionnement. On considère ici également l'exemple où le composant 525 contient un unique microcomposant 508. De même que pour le premier mode de réalisation ci-dessus, l'étape de découpe E26 permet de conserver les propriétés du couplage thermique entre l'élément de conversion d'énergie 535 et le dispositif électronique 530. En particulier, au moins 60%, de préférence au moins 95%, et de manière encore plus préférée 100% (i.e. couplage thermique continu) des surfaces en regard du dispositif électronique 530 d'une part et de l'élément de conversion d'énergie 535 d'autre part (i.e. les faces de contact 530b et 535a dans le cas présent) sont couplés thermiquement. Dans ce cas, les surfaces en regard correspondent respectivement à la totalité de la face 530b de la plaque 530 d'une part et de la face 535a de l'élément de conversion d'énergie 535 d'autre part. De plus, comme indiqué ci-avant, le gradient thermique Gd entre les 15 deux surfaces en regard est de préférence tel que Gd 20°C, de préférence 10°C, encore plus préférentiellement tel que Gd est nul. L'étape de découpe nécessite généralement l'emploi d'un substrat support de sorte à conserver l'intégrité du substrat 300. Dans le mode de réalisation décrit ici, l'élément de conversion d'énergie joue le rôle de 20 substrat support lors de l'étape de découpe des dispositifs électroniques. Chaque composant 525 est ensuite monté (E28) dans un boîtier respectif 540 de façon à former une structure 560 (figure 5E) similaire à la structure 360 précédemment décrite. Des électrodes (connexions électriques) 545 sont également agencées au niveau du microcomposant 508 afin de 25 pouvoir contrôler ce dernier depuis l'extérieur du boîtier 540. Ces électrodes 545 diffèrent des électrodes 345 décrites ci-avant en ce que, dans le deuxième mode envisagé ici, les microcomposants 508 sont enterrés à l'interface de collage de sorte qu'une connexion plus complexe est nécessaire. Dans cet exemple, des trous (ou « vias ») traversant 565 30 aménagés dans l'épaisseur de la section de plaque 530 assurent la connexion électrique entre les électrodes 545 et le microcomposant 508 situé au niveau de l'interface de collage avec l'élément thermoélectrique 535. Typiquement, ces vias sont réalisés au préalable lors du procédé de fabrication de la plaque 500. 35 De même, comme décrit précédemment en référence à la figure 3G, deux électrodes 550 identiques aux électrodes 350 sont agencées aux bornes électriques 552 de l'élément thermoélectrique 535 afin de pouvoir collecter un courant électrique susceptible d'être générer par l'élément de conversion d'énergie 535 à partir de la chaleur produite par le dispositif électronique 530. Dans le cas où l'élément de conversion d'énergie 535 est un élément thermoélectrique, le courant électrique est généré grâce à l'effet Seebeck. Dans une variante aux premier et deuxième modes de réalisation décrits ci-dessus, l'étape de découpe E8 (respectivement E26) peut être réalisée à un stade plus précoce dans le procédé de fabrication de l'invention. Par exemple, la découpe E8 peut être réalisée entre les étapes E4 et E6. Dans ce cas, lors de l'étape E6 qui suit, un élément de conversion d'énergie respectif est couplé thermiquement avec chaque portion de plaque 300. Les exemples de mise en oeuvre décrits ci-avant concernent la fabrication d'une structure multicouche. On peut alternativement envisager une structure selon l'invention dans laquelle au moins un dispositif électronique et un élément de conversion d'énergie au sens de l'invention sont agencés dans un même bloc de matériau. Autrement dit, l'agencement sous forme de couches n'est pas obligatoire pour obtenir un couplage thermique entre les dispositifs électroniques et l'élément de conversion d'énergie de l'invention. L'élément de conversion d'énergie peut, par exemple, être intégré directement dans un composant électronique de façon à obtenir le couplage thermique. Par ailleurs, dans les exemples décrits précédemment, le couplage thermique est réalisé par collage. On peut toutefois utiliser toutes autres 25 techniques appropriées permettant d'obtenir un tel couplage thermique. D'autre part, comme déjà indiqué ci-avant, l'élément de conversion d'énergie au sens de l'invention est apte à convertir en courant électrique la chaleur susceptible d'être générée par au moins un dispositif électronique inclus dans la structure. Toutefois, cet élément de conversion d'énergie peut 30 prendre d'autres formes que celle d'un élément thermoélectrique tel que décrit précédemment. Selon une seconde variante de l'invention, l'élément de conversion d'énergie au sens de l'invention comprend un élément multiferroïque couplé à un module de conversion. Cet élément multiferroïque est apte à générer un 35 champ magnétique à partir de la chaleur produite par un dispositif électronique inclus dans la structure. Pour ce faire, l'élément de conversion d'énergie est couplé thernniquernent avec le dispositif électronique en question. De plus, le module de conversion est apte à convertir en courant électrique le champ magnétique généré par l'élément multiferroïque. L'élément multiferroïque est formé par exemple par le matériau multiferroïque Ni45Co5Mn40Sn10 ou tout autre matériau multiferroïque permettant de convertir de l'énergie thermique en un champ magnétique. Une structure 760 conforme à un exemple de cette seconde variante est à présent décrite en référence aux figures 7A à 7C. La structure 760 illustrée en figure 7A présente un agencement très similaire à celui des structures 306 et 560 précédemment décrites et diffère principalement dans la réalisation de l'élément de conversion d'énergie de la structure 760. Plus précisément, la structure 760 comprend un boîtier 740 renfermant un composant 725, ce dernier comportant un dispositif électronique 730 15 couplée thermiquement avec un élément de conversion d'énergie 767. Le dispositif électronique 730 présente les mêmes caractéristiques que le dispositif électronique 330 précédemment décrite en référence à la figure 3G. Dans cet exemple, le dispositif 730 comporte donc une couche 704 et un microcomposant 708, des électrodes 745 étant montées sur le 20 microcomposant 708 de façon à s'étendre jusqu'à l'extérieur du boîtier 740. Les éléments 704, 708 et 745 sont identiques respectivement aux éléments 304, 308 et 345 précédemment décrits. Le couplage thermique de l'élément de conversion d'énergie 767 avec le dispositif électronique 730 est réalisé de la même manière que dans l'étape 25 de couplage thermique E6 précédemment décrite. En particulier, au moins 60%, de préférence au moins 95%, et de manière encore plus préférée 100% (i.e. couplage thermique continu) des surfaces en regard du dispositif électronique 730 d'une part et de l'élément de conversion d'énergie 767 d'autre part (i.e. les faces de contact 730b et 764a) sont couplés ensemble 30 thermiquement. De plus, comme Indiqué ci-avant, le gradient thermique Gd entre les deux surfaces en regard est de préférence tel que Gd 20°C, de préférence Gd 5_ 10°C, encore plus préférentiellement Gd=0°C. Grâce à ce couplage thermique, l'élément de conversion d'énergie 767 est ainsi apte à convertir en courant électrique la chaleur pouvant être 35 générée par le dispositif 730, en particulier par le microcomposant 708 situé dans ce dispositif 730.

L'élément de conversion d'énergie 767 comprend un élément multiferroïque 764 ainsi qu'au moins une électrode 766. L'élément multiferroïque 764 est apte à convertir en un champ magnétique la chaleur susceptible d'être produite par le dispositif électronique 730. L'élément multiferroïque 764 se présente ici sous la forme d'une couche (par exemple sous la forme d'un substrat). De plus, une électrode 766 de l'élément de conversion d'énergie 767 est ici formée sur la surface inférieure 764b de l'élément multiferroïque 764. Alternativement, cette électrode 766 peut être formée sur la face opposée 764a de l'élément multiferroïque 764 de façon à être à l'interface entre la plaque 730 et l'élément multiferroïque 764. Il faut dans ce cas s'assurer qu'il n'y ait aucun court-circuit entre cette électrode et le microcomposant 708. Il est également possible de former deux électrodes 766 respectivement sur les surfaces 764a et 764b de l'élément multiferroïque 764.

Chaque électrode 766 peut se présenter sous la forme d'une couche électriquement conductrice, formée par vaporisation par exemple. Comme expliqué plus en détail par la suite, chaque électrode 766 peut être formée d'une couche uniforme ou présenter des formes plus complexes. L'élément multiferroïque 764 est couplé avec l'électrode 766 de sorte que cette dernière puisse convertir en courant électrique un champ magnétique généré par l'élément rnultiferroïque 764 lorsque de la chaleur est produite par la plaque 730. Des électrodes 750 identiques aux électrodes 350 sont agencées dans le boîtier 760 de façon à pouvoir collecter le courant généré aux bornes 752 de chaque électrode 766.

Les figures 7B, 7C et 7D représentent d'autres exemples de réalisation de l'électrode 766 de la structure 760. En figure 7B, l'électrode 766 présente la forme d'une grille composée d'une pluralité de lignes conductrices 768, ces lignes étant connectées en parallèle les unes aux autres entre les deux bornes 752 de l'électrode 766.

Ces lignes peuvent également prendre la forme de rubans conducteurs (non représentés). A noter que les lignes conductrices 768 sont ici montées de façon à ce que chacune de leurs extrémités ne soient pas en contact avec l'élément multiferroïque 764 lui-même. Pour ce faire, une portion périphérique de l'élément multiferroïque est par exemple éliminée et remplacée par un pourtour isolant 769 par photolithographie avant de réaliser l'électrode 766. Cette électrode 766 est ensuite formée de sorte que chaque extrémité de ligne 768 soit positionnée sur le pourtour isolant 769 (figure 7C). En figure 7D, l'électrode 766 présente la forme d'une ligne comportant une pluralité de spires ou circonvolutions 770. L'électrode 766 comprend ici deux séries de spires 770, une portion de ligne 771 faisant la connexion entre ces deux séries. A noter que cette portion de ligne 771 est ici également montée sur une partie distincte de l'élément multiferroïque 764, comme par exemple sur le pourtour isolant 769 précédemment décrit. Les techniques de fabrication utilisées pour former chaque électrode 10 766 et éventuellement le pourtour isolant 769 sont bien connues de l'homme du métier et ne seront pas décrites plus en détail dans ce document. Selon une troisième variante de l'invention, l'élément de conversion d'énergie au sens de l'invention comprend un élément pyroélectrique couplé à un convertisseur tension-courant. Cet élément pyroélectrique est apte à 15 générer une tension à partir de la chaleur produite par un dispositif électronique inclus dans la structure. Pour ce faire, l'élément de conversion d'énergie est couplé thermiquement au dispositif électronique en question. De plus, le convertisseur tension-courant est apte à convertir en courant électrique la tension générée par l'élément pyroélectrique. 20 Une structure 860 conforme à un exemple de cette troisième variante est à présent décrite en référence à la figure 8. La structure 860 illustrée en figure 8 présente un agencement très similaire à celui des structures 360 et 560 précédemment décrites et diffère principalement dans la réalisation de l'élément de conversion d'énergie de la 25 structure 860. Plus précisément, la structure 860 comprend un boîtier 840 renfermant un composant 825, ce dernier comportant un dispositif électronique 830 couplé thermiquement avec un élément de conversion d'énergie 867. Le dispositif électronique 830 présente les mêmes caractéristiques que 30 le dispositif électronique 330 précédemment décrite en référence à la figure 3G. Dans cet exemple, le dispositif 830 comporte donc une couche 804 et un microcomposant 808, des électrodes 845 étant montées sur le microcomposant 808 de façon à s'étendre jusqu'à l'extérieur du boîtier 840. Les éléments 804, 808 et 845 sont identiques respectivement aux éléments 35 304, 308 et 345 précédemment décrits.

Le couplage thermique de l'élément de conversion d'énergie 867 avec dispositif électronique 830 (et en particulier avec le microcomposant 808) est réalisé de la même manière que dans l'étape de couplage thermique E6 précédemment décrite. En particulier, au moins 60%, de préférence au 5 moins 95%, et de manière encore plus préférée 100% (i.e. couplage thermique continu) des surfaces en regard du dispositif électronique 830 d'une part et de l'élément de conversion d'énergie 867 d'autre part (i.e. les faces de contact 830b et 872a) sont couplés ensemble thermiquement. De plus, comme indiqué ci-avant, le gradient thermique Gd entre les deux 10 surfaces en regard est de préférence tel que Gd 5_ 20°C, de préférence Gd 5 10°C, encore plus préférentiellement Gd=0°C. Grâce au couplage thermique selon l'invention, l'élément de conversion d'énergie 867 est apte à convertir en courant électrique la chaleur pouvant être générée par le dispositif électronique 830. 15 Dans cet exemple, l'élément de conversion d'énergie 867 comprend un élément pyroélectrique 872 et un convertisseur tension-courant (V-I) 875. L'élément pyroélectrique 872 est apte à convertir en une tension électrique la chaleur susceptible d'être produite par le dispositif électronique 830. L'élément pyroélectrique 872 se présente ici sous la forme d'une couche 20 (par exemple sous la forme d'un substrat). L'élément pyroélectrique 872 est couplé électriquement au convertisseur V-I 875 de sorte que ce dernier puisse convertir en courant électrique une tension générée par l'élément pyroélectrique 872. Le convertisseur V-I 875 est ici un module monté dans le boîtier 840 25 séparément de l'élément pyroélectrique 872, le couplage électrique se faisant au moyens de deux électrodes 880 et 881. Des couches conductrices 873 et 874 sont également présentent sur les deux faces 872a et 872b de l'élément pyroélectrique 872. Les électrodes 880 et 881 assurent la connexion électrique entre respectivement les couches conductrices 873 et 874, d'une 30 part, et le module V-I 875, d'autre part. Le convertisseur V-I 875 comporte également deux terminaux 882 et 883 au niveau desquelles est générée un courant obtenu par conversion V-I à partir de la tension appliquée en entrée par l'élément pyroélectrique 872 via les électrodes 880 et 881.

En variante, le convertisseur V-I 875 peut être disposé à l'extérieur du boîtier 840. Par ailleurs, dans une variante particulière, les terminaux 882 et 883 de sortie peuvent s'étendre jusqu'à l'extérieur du boîtier 860. En résumé, la présente invention concerne une structure comprenant au moins un dispositif électronique générant de la chaleur lors de son fonctionnement et un élément de conversion d'énergie, dans laquelle au moins 60%, de préférence au moins 95%, et de manière encore plus préférée 100% (i.e. couplage thermique continu) des surfaces en regard du dispositif électronique d'une part et de l'élément de conversion d'énergie d'autre part sont couplés thermiquement. De plus, comme indiqué ci-avant, le gradient thermique Gd entre les deux faces en regard est de préférence tel que Gd 20°C, de préférence Gd 5_ 10°C, encore plus préférentiellement Gd=0°C. De manière avantageuse, l'invention permet de convertir de l'énergie 15 thermique produite par les composants électroniques (ou le cas échéant par l'unique composant électronique) en un courant électrique. Un tel courant peut ensuite être avantageusement utilisé dans différentes applications, soit à l'extérieur de la structure, soit au sein même de la structure de l'invention. La conversion de la chaleur en puissance électrique entraîne 20 avantageusement une diminution de la température au niveau du ou des composants électroniques de la structure. Il est ainsi possible de limiter la température au sein d'un dispositif électronique lors de son fonctionnement tout en générant un courant électrique pouvant être mis à profit de diverses manières.

25 L'invention propose donc une solution de refroidissement efficace au niveau de la structure puisque la chaleur produite dans la structure est, au moins, partiellement convertie en courant électrique. De plus, le courant électrique ainsi généré peut par exemple être utilisé pour alimenter au moins dispositif électronique (par exemple celui étant à l'origine de la source de 30 chaleur). L'invention trouve une application toute particulière pour les circuits intégrés tels que les microprocesseurs ou les processeurs graphiques par exemple. Elle peut s'appliquer également à des structures comportant des mémoires, des dispositifs à bases de LEDs et, de manière générale, à tous 35 composants électroniques générant de la chaleur lors de son fonctionnement.

Claims (20)

1. REVENDICATIONS1. Structure (360) comprenant au moins un dispositif électronique (330) générant de la chaleur lors de son fonctionnement et un élément de conversion d'énergie (335) apte à convertir ladite chaleur en un courant électrique, le dispositif électronique (330) et l'élément de conversion d'énergie (335) comportant respectivement une première surface (330b) et une deuxième surface (335a) en regard l'une de l'autre, la structure étant caractérisée en ce qu'au moins 60% des première et 10 deuxième surfaces sont couplées ensemble thermiquement.
2. 2. Structure selon la revendication 1, dans lequel le couplage thermique entre les surfaces (330b, 335a) en regard dudit au moins un dispositif électronique et de l'élément de conversion d'énergie est continu. 15
3. 3. Structure selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le couplage thermique est tel que le gradient thermique entre les deux surfaces (330b, 335a) en regard l'une de l'autre est inférieur ou égale à 20°C. 20
4. 4. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le couplage thermique présente un coefficient de conductivité thermique supérieur ou égal à 10 W.m-1.K-1.
5. 5. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans 25 laquelle l'élément de conversion d'énergie est un élément thermoélectrique (335).
6. 6. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle l'élément de conversion d'énergie comprend un élément 30 multiferroïque (764) couplé à un module de conversion (766), ledit module de conversion étant apte à convertir en courant électrique un champ magnétique généré par ledit élément multiferroïque (764) à partir de ladite chaleur. 35
7. 7. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle l'élément de conversion d'énergie (867) comprend un élément 3002 0 84 27 pyroélectrique (872) couplé à un convertisseur tension-courant (875), ledit convertisseur tension-courant étant apte à convertir en courant électrique une tension générée par l'élément pyroélectrique (872) à partir de ladite chaleur.
8. 8. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle l'élément de conversion d'énergie comprend deux électrodes (350) pour collecter le courant pouvant être généré par ledit élément de conversion d'énergie.
9. 9. Structure selon la revendication 8, comprenant un boîtier dans lequel sont disposés le dispositif électronique et l'élément de conversion d'énergie, les deux électrodes s'étendant jusqu'à l'extérieur dudit boîtier. 15
10. 10. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle l'élément de conversion d'énergie est sous la forme d'une couche et le dispositif électronique est collé sur l'élément de conversion d'énergie.
11. 11. Structure selon la revendication 5, dans laquelle l'élément 20 thermoélectrique est au moins en partie en SiGe ou en TeAn.
12. 12. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans laquelle le dispositif électronique (330) est un microprocesseur. 25
13. 13. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans laquelle les première et deuxième surfaces sont collées par adhésion moléculaire.
14. 14. Procédé de fabrication d'une structure (360 ; 320) comprenant au 30 moins un dispositif électronique (330) générant de la chaleur lors de son fonctionnement et un élément de conversion d'énergie (335) apte à convertir ladite chaleur en un courant électrique, le dispositif électronique (330) et l'élément de conversion d'énergie (335) comportant respectivement une première surface (330b) et une deuxième surface (335a) en regard l'une de 35 l'autre, 510le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend une étape de couplage thermique (E6) dudit au moins un dispositif électronique avec l'élément de conversion d'énergie de sorte qu'au moins 60% desdites première et deuxième surfaces soient couplées ensemble thermiquement.
15. 15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel le couplage thermique entres lesdites première et deuxième surfaces (330b, 335a) est réalisé par collage par adhésion moléculaire.
16. 16. Procédé selon la revendication 14 ou 15, dans lequel le couplage thermique est tel que le gradient thermique entre les deux surfaces en regard l'une de l'autre est inférieur ou égale à 20°C.
17. 17. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, comprenant en outre une étape d'agencement (E12) d'au moins deux électrodes (350) à des bornes (352) de l'élément de conversion d'énergie (335) pour collecter le courant pouvant être généré par l'élément de conversion d'énergie (335).
18. 18. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 14 à 17, dans lequel l'élément de conversion d'énergie est sous la forme d'une couche, le couplage thermique étant réalisé par collage dudit au moins un dispositif électronique sur l'élément de conversion d'énergie.
19. 19. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 14 à 18, dans lequel ledit au moins un dispositif électronique (330) générant de la chaleur lors de son fonctionnement correspond à une pluralité de dispositifs électroniques (308) couplés thermiquement à l'élément de conversion d'énergie (315) lors de l'étape de couplage (E6).
20. 20. Procédé de fabrication de composants à partir d'une structure fabriquée selon un procédé de fabrication conforme à la revendication 19, comprenant une étape de découpe (E10) de ladite structure (320) en une pluralité de composants, chacun desdits composants comprenant l'un desdits dispositifs électroniques (330) couplé thermiquement à une portion correspondante (335) dudit élément thermoélectrique.