Couverture ElectroniqueS n°127

L'interconnexion 3D de composants actifs et passifs dans un même module devrait, dans les deux prochaines années, franchir un pas de géant dans la course à l'amincissement des composants électroniques. Le Français 3D Plus met une fois de plus la barre très haut en matière de packaging. Son objectif : diviser par 10 l'épaisseur des modules 3D qui ont fait sa renommée ! Amincir donc drastiquement ses composants multipuces, de typiquement 1,5 mm par niveau à seulement 150 µm, mais sans pour autant perdre les avantages de sa technologie actuelle(1) : la possibilité d'utiliser des puces standards de différentes tailles, d'intégrer en outre dans les modules à la fois des composants passifs standards et des microsystèmes, et enfin de tester électriquement chaque niveau du module avant empilage, de façon à maintenir un rendement de fabrication élevé.Un amincissement des tranches reconstituéesLes critères de départ sont donc les mêmes, mais, pour franchir un tel saut technologique, l'approche est forcément différente. La technologie retenue, qui est à l'étude depuis deux ans dans le cadre du projet européen Pidea Walpack(2), consiste schématiquement à reconstituer des tranches (de silicium) à partir de composants actifs et passifs, puis à les empiler. Dans un premier temps, les puces sont ainsi déposées faces actives sur un film adhésif. L'ensemble est ensuite enrobé par une résine qui polymérise à basse température, puis cette résine est rodée de façon à obtenir une “ tranche reconstituée ” plane, de 800 µm à 1 mm d'épaisseur.Cette tranche est alors retournée, puis l'adhésif, qui a protégé les faces actives des puces tout en maintenant la rigidité de l'ensemble durant ces opérations, est ôté. Les faces actives des puces sont alors mises à nu ; le traitement des tranches reconstituées peut devenir comparable à celui des tranches de silicium. Un film photosensible résistant à haute température est ainsi déposé sur la tranche et des trous sont percés dans ce film par photogravure. Les vias d'interconnexion et les pistes sont ensuite classiquement réalisés par métallisation sous vide et gravure, ces opérations pouvant être répétées pour redistribuer les plots d'interconnexion sur la tranche. A ce stade, la tranche est retournée à nouveau pour être amincie et polie à 150 µm, les composants étant sectionnés en face arrière (la société ne donne pas encore plus de précisions sur ce point en raison d'un récent dépôt de brevet). Enfin, les tranches sont découpées, testées et empilées au moyen d'un adhésif (l'ordre de ces opérations est encore à l'étude pour en minimiser le coût).Comme le procédé d'assemblage automatisé des cubes selon la technologie actuelle de 3D Plus, il s'agit donc d'un procédé collectif, mais sans soudures ni substrats. Selon 3D Plus, le coût des modules devrait ainsi, finalement, être à la baisse. Quant à la fiabilité de ces modules, le spécialiste de l'interconnexion 3D se dit confiant. Deux utilisateurs finaux auraient déjà été contactés pour réaliser une évaluation sur des modules fonctionnels en phase finale du projet, qui devrait s'achever en octobre 2004. Ces modules contenant six niveaux par millimètre devraient être disponibles commercialement dans moins de deux ans.(1) Cette technologie consiste à empiler des substrats (circuits imprimés) avec leurs composants, à mouler l'ensemble, puis à scier latéralement le “ cube” de résine ainsi formé de façon à faire apparaître la section des pistes des circuits imprimés. La section du cube dégagée est alors totalement métallisée sous vide, puis des pistes sont réalisées par gravure laser de façon à interconnecter les différents niveaux du module.(2) Outre 3D Plus, participent notamment à ce projet le CEA-Léti, STMicroelectronics, Cybernétix, Thales, et Schlumberger.3D plus en quelques chiffresUne croissance, tirée par l'innovation, d'environ 30 % par an depuis la création de la société en 1996.Chiffre d'affaires 2002 : 4,7 M euros en 2002, en hausse de 35 % par rapport à 2001, dont 70 % dans le spatial, 15 % dans le secteur industriel (médical, pétrole), et 15 % en défense et études techniques.Prévisions de chiffre d'affaires 2003 : +26 %, à 5,5 M euros.Capacité de production : 20 000 cubes par an sur une ligne d'assemblage manuelle qualifiée pour le spatial ; démarrage d'une ligne automatisée d'une capacité maximale de 200 000 cubes par an en novembre (voir photo).Effectifs : 51 personnes, dont 4 docteurs-ingénieurs en “ recherche et innovation ”, un service totalement indépendant des méthodes (6 personnes dont 2 ingénieurs procédés), et 6 personnes au service marketing-commercial.Interconnexion 3D : le sans-plomb donne l'avantage aux procédés “ à froid ”Les technologies d'interconnexion 3D développées par 3D Plus font partie, selon une classification établie par la société, des procédés dits à froid, pour lesquels l'interconnexion entre les différents niveaux du module est effectuée à une température inférieure ou égale à 150 °C. Une température faible, en effet, comparée aux 250 °C des procédés “ à chaud ”, pour lesquels l'interconnexion des différents niveaux du module est réalisée par refusion ou par immersion avec des alliages à température de fusion suffisamment élevée pour que les soudures ne refondent pas lors du montage sur carte. L'arrivée du sans-plomb, qui se traduira par une augmentation des températures de fusion des alliages de brasure, pourrait même, selon 3D Plus, porter cette température à 290 °C ou 300 °C, un niveau critique pour les boîtiers en plastique de type TSOP. Le cas des cubes de 3D Plus est particulier : les composants sont en effet soudés sur les substrats, mais du fait qu'ils sont ensuite enrobés dans une résine qui les maintient immobiles lors du montage sur carte, ils peuvent l'être avec un alliage identique à celui utilisé par les assembleurs (le montage des composants est d'ailleurs sous-traité). Et l'interconnexion des différents niveaux par “ Bus Metal ” (pistes réalisées par métallisation sous vide puis gravure laser sur une des faces du cube) est un bien un procédé “ à froid ”. De même que le câblage filaire de puces empilées les unes sur les autres et l'interconnexion par colle conductrice des puces, le “ Bus Metal ” des cubes de 3D Plus ne sera donc pas affecté par le sans-plomb.

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