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Pilot line for micro-transfer-printing of functional components on wafer level

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Le transfert de masse via des tampons élastomères permet la fabrication à l’échelle industrielle de la microélectronique intégrée 3D

La production de circuits intégrés sur plaquettes semi-conductrices a révolutionné l’industrie électronique. La prochaine révolution pourrait venir avec le transfert à haut débit et l’intégration de plusieurs microdispositifs sur d’autres substrats grâce à une technologie ressemblant à un tampon en caoutchouc.

Technologies industrielles

Les circuits intégrés ou «puces» ont remplacé les composants discrets et les joints soudés de l’électronique conventionnelle par de nombreux éléments de circuit assemblés sur une plaquette semi-conductrice. Cela a facilité l’amélioration des fonctionnalités et des performances, la conception avec des tailles et poids nettement plus réduits et une consommation d’énergie plus faible. Cela a également réduit les coûts et les déchets de production et de test. Les circuits intégrés photoniques font de même pour les dispositifs optiques et l’optoélectronique. Alors que la demande en terme de performances continue d’augmenter, la mise à l’échelle des appareils et la réduction des coûts nécessitent un nouveau mode de fonctionnement. L’intégration hétérogène réunit des composants dissemblables et fabriqués séparément sur une plateforme commune dans un soi-disant système intégré. Le projet MICROPRINCE, financé par l’UE, a mis en place une ligne de fonderie pilote pour une intégration hétérogène basée sur l’une des techniques les plus prometteuses en cours de développement depuis 15 ans. Un portefeuille diversifié de démonstrateurs ouvre la voie aux innovateurs pour accélérer la préparation de la production de leurs appareils révolutionnaires dans des domaines multidisciplinaires.

Un tampon en caoutchouc pour presque tous les types de «papier»

Avec l’augmentation de la complexité des composants ou des produits, la probabilité de pannes s’accroit, ce qui augmente la mise au rebut et les coûts et diminue le rendement. L’intégration de plusieurs «puces» ou sous-systèmes est plus pratique et économique que la production de systèmes monolithiques. L’une des approches les plus prometteuses est l’impression par micro transfert (μTP), également appelée transfert de masse. L’μTP utilise un tampon élastomère pour déplacer en une seule fois jusqu’à des milliers de puces ou de dispositifs à micro-échelle fabriqués en plaquette d’un substrat à un autre, comme l’encre d’un tampon encreur est transférée sur du papier. Jusqu’à présent, la technique était principalement utilisée dans les laboratoires de recherche scientifique.

Une flexibilité démontrée pour les futures applications de haute technologie

MICROPRINCE a mis en place une ligne pilote μTP dans la salle blanche de la fonderie X-FAB MEMS Foundry et a déployé quatre produits de haute technologie. Ces derniers étaient des plaques Hall en arséniure de gallium pour les capteurs de courant de nouvelle génération, des filtres à réponse oculaire humaine pour les capteurs de lumière ambiante, des DEL au nitrure de gallium pour les modules d’éclairage ambiant des voitures et des photodiodes au phosphure d’indium sur circuits photoniques au silicium. Ces produits ont été utilisés dans des démonstrateurs fonctionnels de capteurs de lumière ambiante, de pilotes/ensembles d’éclairage ambiant de voiture et de spectromètres infrarouges photoniques au silicium intégrés. Selon Sebastian Wicht, coordinateur du projet MICROPRINCE et responsable du programme d’impression par transfert chez X-FAB MEMS Foundry, «en plus de la création de la ligne pilote µTP, les développements de processus génériques ont soutenu l’excellent potentiel de l’µTP pour l’intégration 3D avec un rendement, un débit et une précision d’alignement élevés. Nous avons démontré des rendements d’impression ou de transfert allant jusqu’à 99 %, avec des désalignements inférieurs à 1,0 µm. Les dispositifs avec des tailles aussi petites que 100 µm x 100 µm x 5 µm ont été efficacement transférés et empilés sur des matrices cibles semi-conductrices à oxyde métallique complémentaires.»

Un emballage massivement parallèle et des performances supérieures avec un minimum de déchets

L’µTP permet le transfert de milliers de microdispositifs en une seule étape avec une excellente précision pour un débit très élevé à un coût comparativement bas. Il surpasse les technologies de pointe en minimisant la taille des emballages et élimine presque le gaspillage de matériaux et d’éléments coûteux. Sebastian Wicht conclut: «MICROPRINCE a ouvert la voie à la mise en œuvre industrielle de l’µTP pour l’intégration 3D et hétérogène. Il soutiendra le développement de produits innovants avec des performances supérieures, des emballages plus petits ou même de nouvelles fonctionnalités dans des domaines allant des produits industriels et de consommation à la biomédecine.» Les clients intéressés sont encouragés à contacter X-FAB MEMS Foundry pour apporter leurs idées de nouvelles applications dans le domaine de la production.

Mots‑clés

MICROPRINCE, µTP, intégration hétérogène, ligne pilote, capteurs, plaquette, intégration 3D, circuit photonique, tampon élastomère, impression par micro-transfert, transfert de masse, système en emballage

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