Une technologie pionnière de micro-impression par transfert devrait fortement accroitre la compatibilité des plateformes
L’évolution des systèmes intelligents repose sur la combinaison d’avancées technologiques, comme l’optimisation fonctionnelle et la miniaturisation, qui nécessitent d’améliorer continuellement l’intégration des composants. Idéalement, ces dispositifs interconnectés sont constitués via un positionnement précis sur un substrat (plateforme), mais pour y parvenir il faut encore surmonter de nombreux obstacles. La technique novatrice de la micro-impression par transfert (micro-TP) pourrait constituer une solution dans la mesure où elle permet de prélever les matériaux ou dispositifs essentiels fixés sur leurs substrats natifs et de les transférer sur un nouveau substrat selon la technique du «pick and place», avec un degré de précision très élevé. Ces dispositifs ne font pas plus de quelques micromètres (un millionième de mètre) d’épaisseur. Le projet TOP HIT a été lancé pour développer et valider la technologie micro-TP qui emploie des circuits intégrés photoniques (PIC) placés sur des substrats en silicium et destinés au secteur des communications. Cela nous donne une indication de la valeur de cette technologie pour les concepteurs de système et la fabrication à bas coûts. Le projet a également démontré la faisabilité de l’intégration de circuits électroniques très compacts sur des substrats qui ne sont pas à base de silicium, dépassant de ce fait les barrières de l’incompatibilité entre différentes plateformes technologiques. Parvenir à une intégration d’une précision sous-micrométrique Les systèmes intelligents, de par leur nature même, intègrent de nombreuses fonctionnalités différentes, par exemple la détection, la mise en action, la modulation et la signalisation. C’est en soi un enjeu pour les concepteurs dans la mesure où leur développement suppose la prise en compte de considérations électriques, optiques, thermiques et mécaniques. Les connections optiques sont particulièrement complexes car les guides d’ondes doivent être alignés les uns aux autres avec une précision sous-micrométrique pour optimiser la performance. En transférant des dispositifs extrêmement fins depuis une plaquette source vers une plaquette cible en utilisant la micro-TP, les dispositifs peuvent être connectés par des étapes de redistribution métallique. Dans la mesure où cette méthode minimise l’espace nécessaire entre les composants sur le substrat source, par comparaison avec le substrat cible, elle permet d’accroitre fortement l’efficacité de l’utilisation de matériaux sources et de dispositifs chers. En tant que coordinateur du projet, M. Brian Corbett déclare: «L’ingénierie de cette technique peut s’adapter à une grande variété de dispositifs et elle fonctionne mieux avec des composants de moins de 500 micromètres de dimension latérale, un contexte dans lequel les autres méthodes luttent pour s’adapter. La principale contrainte concerne les emplacements de réception qui doivent être localement plats, ce qui peut être obtenu en déposant une couche d’adhésion d’une épaisseur sous-micrométrique.» Des sous-systèmes électroniques efficaces susceptibles d’étendre fortement le champ des possibles Cette technique est particulièrement prometteuse dans le secteur des communications de données où une large bande passante et une forte densité de composants interconnectés sont indispensables. Les centres de données devraient être les premiers à adopter cette technologie, suivis par les réseaux d’accès (réseaux de fibres domestiques, ou FTTH), en permettant le développement d’émetteurs-récepteurs hautement performants et à bas coûts. Par ailleurs, la capacité qu’apporte cette technique d’associer des sources lumineuses adaptées, des détecteurs et de l’électronique dans des sous-systèmes miniaturisés ouvre des perspectives pour une utilisation dans le cadre des diagnostics médicaux (par exemple pour des applications endoscopiques), de la détection environnementale et de l’affichage. Présentant la multiplicité des possibilités pour le marché grand public, Brian Corbett explique: «Pour avoir travaillé dans la photonique depuis de nombreuses années, je suis conscient de la puissance des lasers pour la transmission d’information, notamment en ce qui concerne Internet. Cependant, à ce jour, cette technologie n’a pas eu le même impact sur les applications destinées aux consommateurs. Les dispositifs photoniques contenant des sous-systèmes, à un prix accessible, vont changer la donne.» Jusqu’ici, les démonstrations de la technologie micro-TP réalisées par TOP HIT ont porté sur des volumes réduits. Actuellement, une ligne pilote en source ouverte pour l’intégration de systèmes intelligents compatibles micro-TP dans un environnement de fonderie de semi-conducteurs est en cours de réalisation dans le cadre du projet Microprince sous l’égide du programme ECSEL. Cela permettra de produire de nombreuses applications individuelles pour un développement ultérieur. Les travaux à venir incluront la nécessaire définition de normes de fabrication et de règles de conception (comme des kits de processus de conception) qui permettront d’interfacer au mieux ces techniques avec la technologie des fonderies.
Mots‑clés
TOP HIT, électronique imprimée, micromètres, microns, systèmes intelligents, électronique miniaturisée, composants photoniques, silicium, circuits intégrés, connections optiques, communications des données
