Le transfert de masse via des tampons élastomères atteint des objectifs industriels

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

Les circuits intégrés ou « puces » ont remplacé les composants discrets et les joints soudés de l'électronique conventionnelle par de nombreux éléments de circuit sur une plaquette semi-conductrice. Cela a permis une fonctionnalité toujours plus grande et des performances plus élevées, des tailles et des poids nettement plus petits et une consommation d'énergie inférieure. Cela a également réduit les coûts de production et de test ainsi que les déchets. Les circuits intégrés photoniques font de même pour les dispositifs optiques et optoélectroniques. À mesure que les exigences de performances continuent d'augmenter, la mise à l'échelle des dispositifs et la réduction des coûts nécessitent un nouveau mode opératoire. L'intégration hétérogène réunit des composants différents et fabriqués séparément sur une plate-forme commune dans ce que l'on appelle un système dans un package. Le projet MICROPRINCE, financé par l'UE, a établi une ligne pilote de fonderie pour l'intégration hétérogène basée sur l'une des techniques les plus prometteuses en cours de développement au cours des 15 dernières années. Un portefeuille diversifié de démonstrateurs ouvre la voie aux innovateurs pour accélérer la préparation à la production de leurs dispositifs révolutionnaires dans des domaines multidisciplinaires.

Avec l'augmentation de la complexité des composants et des produits, la probabilité de pannes augmente, ce qui augmente les rebuts et les coûts et diminue le rendement. L'intégration de plusieurs « chiplets » 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. μTP utilise un tampon en élastomère pour déplacer jusqu'à des milliers de puces ou de dispositifs à micro-échelle fabriqués en tranches à la fois d'un substrat à un autre, comme l'encre d'un tampon encreur est transférée sur du papier. Jusqu’à présent, cette technique était principalement utilisée dans les laboratoires de recherche scientifique.

MICROPRINCE a établi une ligne pilote μTP dans la salle blanche de la fonderie X-FAB MEMS et a déployé quatre produits de haute technologie. Il s'agissait de plaques Hall en arséniure de gallium pour les capteurs de courant de nouvelle génération, de filtres à réponse oculaire humaine pour les capteurs de lumière ambiante, de LED en nitrure de gallium pour les modules d'éclairage ambiant des voitures et de photodiodes au phosphure d'indium dans les circuits photoniques au silicium. Ces produits ont été utilisés dans des démonstrateurs fonctionnels de capteurs de lumière ambiante, de pilotes/packages d'éclairage ambiant de voiture et de spectromètres infrarouges photoniques au silicium intégrés. Selon Sebastian Wicht, coordinateur MICROPRINCE et responsable du programme d'impression par transfert chez X-FAB MEMS Foundry, « en plus de La création d'une ligne pilote µTP et le développement de processus génériques ont soutenu l'excellent potentiel de 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. Des dispositifs d’une taille aussi petite que 100 µm x 100 µm x 5 µm ont été efficacement transférés et empilés sur des matrices cibles complémentaires à semi-conducteurs à oxyde métallique.

µTP permet le transfert de milliers de microdispositifs en une seule étape avec une excellente précision pour un débit très élevé à un coût comparable. Il surpasse les technologies de pointe en minimisant la taille de l'emballage et élimine presque le gaspillage de matériaux et d'éléments coûteux. Wicht conclut : « MICROPRINCE a ouvert la voie à la mise en œuvre industrielle de µTP pour l’intégration 3D et hétérogène. Il soutiendra le développement de produits innovants offrant des performances supérieures, des formats d'emballage 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 au domaine de la production.

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