Innovations en matière de chiplets pour l'Europe : lancement de la ligne pilote APECS dans le cadre du EU Chips Act

Dans le cadre de la ligne pilote APECS, il sera possible de poursuivre le développement de l'infrastructure de R&D pour les technologies et applications des semi-conducteurs dans les années à venir. © loewn/Bernhard Wolf / Within the framework of the APECS pilot line will be possible to further expand the R&D infrastructure for semiconductor technologies and applications in the coming years. © loewn/Bernhard Wolf

Post-CMOS puces capteurs de pression avec emballage au niveau du wafer avant la découpe. © Fraunhofer ISIT / Post-CMOS pressure sensor chiplets with wafer level packaging before dicing. © Fraunhofer ISIT

La ligne pilote pour »Packaging avancé et intégration hétérogène pour composants et systèmes électroniques« (abrégé APECS) est un élément clé du EU Chips Act, visant à promouvoir l’innovation dans le domaine des chiplets et à augmenter les capacités de recherche et de fabrication de semi-conducteurs en Europe. Les instituts partenaires de la Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) collaborent étroitement avec d’autres partenaires européens pour la mise en place de la ligne pilote APECS, contribuant ainsi de manière significative à renforcer la résilience technologique de l’Europe et à accroître la compétitivité mondiale de l’industrie des semi-conducteurs. La ligne pilote offrira un accès facilité aux technologies de pointe aussi bien aux grandes entreprises industrielles qu’aux PME et startups, garantissant des chaînes de valeur en semi-conducteurs sûres et résilientes. APECS est cofinancé par le Chips Joint Undertaking et par des financements nationaux de la Belgique, de l’Allemagne, de la Finlande, de la France, de la Grèce, de l’Autriche, du Portugal et de l’Espagne dans le cadre de l’initiative »Chips for Europe«. Le financement total de la ligne pilote APECS s’élève à 730 millions d’euros sur 4,5 ans.

L’Europe dispose d’un écosystème dynamique composé d’entreprises leaders dans les secteurs traditionnels, de PME et de startups, dont l’avantage concurrentiel repose également sur des solutions avancées en semi-conducteurs, qui constituent la base de l’innovation. Cependant, ces entreprises font face aujourd’hui au défi d’un accès limité aux technologies avancées en raison du manque de ressources en Europe. La Commission européenne investit dans le cadre du EU Chips Act des moyens importants pour renforcer les technologies et applications des semi-conducteurs dans l’UE. L’objectif est d’accroître la résilience technologique de l’Europe, de sécuriser les chaînes d’approvisionnement et de valeur, et de favoriser l’innovation dans des secteurs clés tels que l’intelligence artificielle, la mobilité, la production, les technologies de l’information et de la communication, l’électronique fiable et écologiquement durable, ainsi que le calcul neuromorphe et quantique.

La ligne pilote APECS se concentre sur le transfert industriel scalable des innovations récemment développées dans le domaine de l’intégration hétérogène*, notamment par l’utilisation de nouvelles technologies de chiplets**, et établit ainsi un pont vers la recherche appliquée. APECS dépasse les méthodes traditionnelles »System-in-Package« (SiP) et vise à fournir des systèmes hétérogènes robustes et fiables, ce qui permettra de renforcer considérablement la capacité d’innovation de l’industrie européenne des semi-conducteurs.

Les investissements dans des projets stratégiques tels qu’APECS dans le cadre du EU Chips Act sont essentiels pour positionner l’Europe comme un partenaire incontournable dans le secteur technologique mondial. L’Allemagne joue un rôle clé dans cette démarche – en tant que centre de recherche de premier plan et moteur économique. Grâce au soutien important du Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) et des Länder allemands tels que la Saxe, Berlin, la Bavière, le Schleswig-Holstein, le Bade-Wurtemberg, la Rhénanie-du-Nord-Westphalie, la Brandenburg et la Saxe-Anhalt, il sera possible dans les années à venir de renforcer davantage l’infrastructure R&D dans le cadre de la ligne pilote APECS. Ceci constitue une étape cruciale pour assurer la stabilité économique à long terme de l’Allemagne et de l’Europe.

« Fraunhofer joue un rôle central dans la mise en œuvre de grands projets comme APECS, qui renforcent la capacité d’innovation et la résilience technologique de l’Allemagne », souligne le Prof. Holger Hanselka, président de la Fraunhofer-Gesellschaft. « Grâce à notre recherche appliquée et à notre collaboration étroite avec l’industrie, la science et les partenaires politiques, nous créons les bases pour développer les technologies les plus récentes et les mettre en application industrielle. La ligne pilote APECS illustre parfaitement le pont entre la recherche et l’économie, et montre comment une coopération étroite avec les ministères et autres partenaires peut assurer durablement la position de l’Europe sur le marché mondial de la microélectronique. »

Innovations là où l’industrie européenne en a le plus besoin

La ligne pilote APECS vise à activer de nouvelles fonctionnalités par le biais de la »System Technology Co-Optimization« (STCO) et à uniformiser les technologies d’intégration. Cela permettra aux entreprises de développer des produits avancés à des coûts compétitifs même en petites séries. En proposant une multitude de technologies dans un guichet unique, APECS deviendra à l’avenir le principal hub européen pour le packaging avancé et l’intégration hétérogène, jouant ainsi un rôle clé pour la microélectronique européenne.

En tant que moteur de la collaboration entre les centres de recherche européens, l’industrie et la recherche universitaire, la ligne pilote APECS favorise un écosystème d’innovation dynamique. En tant que plateforme complète, elle intègre une conception de bout en bout ainsi que des capacités de production pilote, permettant ainsi de faire évoluer les innovations de la recherche de pointe vers des procédés de fabrication réalisables et évolutifs.

APECS jouera un rôle crucial dans la transition de l’Europe vers une économie climatiquement neutre et circulaire, en promouvant la conception écologique et des initiatives de fabrication durables.

Innovation par une collaboration forte à plusieurs niveaux

La ligne pilote APECS s’appuie sur les structures créées au sein de la Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD). En Allemagne, douze instituts du réseau Fraunhofer Mikroelektronik ainsi que deux instituts Leibniz, le FBH et l’IHP, participent à APECS. La coordination des travaux est assurée par le bureau à Berlin.

Le Prof. Albert Heuberger, porte-parole du réseau Fraunhofer Mikroelektronik et président du comité de pilotage de la FMD, souligne : « Le succès du EU Chips Act repose sur des partenariats solides et une expertise diversifiée. C’est précisément ce que la FMD apporte en connectant les forces de centres de recherche décentralisés. Sur cette base, APECS peut également devenir une ligne pilote accessible à long terme pour tous les acteurs européens tout au long de la chaîne de valeur. En collaboration avec les autres lignes pilotes dans le cadre du EU Chips Act, APECS constitue une composante essentielle pour l’intégration hétérogène et le packaging avancé d’une microélectronique paneuropéenne. »

Au sein d’un consortium européen solide, APECS rassemble les compétences technologiques, les infrastructures et le savoir-faire d’au moins dix partenaires issus de huit pays européens : Allemagne (Fraunhofer-Gesellschaft en tant que coordinateur, FBH, IHP), Autriche (TU Graz), Finlande (VTT), Belgique (imec), France (CEA-Leti), Grèce (FORTH), Espagne (IMB-CNM, CSIC) et Portugal (INL). La ligne pilote APECS est coordonnée par la Fraunhofer-Gesellschaft et mise en œuvre par la Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD).

*Sur l’intégration hétérogène

La recherche et le développement en semi-conducteurs constituent le cœur des évolutions technologiques (R) actuelles, allant de l’intelligence artificielle et du calcul haute performance aux systèmes de défense modernes, en passant par la robotique, l’électronique de puissance, la communication sans fil, la santé numérique, les technologies quantiques et plus encore. Ces systèmes électroniques futurs nécessiteront de plus en plus de fonctions que ne peuvent pas toutes être assurées par un seul chip, même avec des concepts avancés de »System-on-Chip« (SoC). L’intégration hétérogène dépassera les approches actuelles de »System-in-Package« (SiP) et sera essentielle pour les systèmes et appareils électroniques de prochaine génération, basés sur de futurs nœuds CMOS, SiGe, SiC, III/V comme GaAs ou GaN, ainsi que sur toutes sortes de systèmes microélectromécaniques (MEMS).

**Sur les chiplets

L’idée derrière les chiplets est d’utiliser différents types de propriété intellectuelle (PI), qui peuvent être exploités pour des fonctions spécifiques. Les IP-Cores désignent un bloc fonctionnel préfabriqué, réutilisable, dans la conception de puces dans l’industrie des semi-conducteurs. Il est généralement licencié comme propriété intellectuelle du développeur à d’autres concepteurs de circuits intégrés (CI), pour être intégré dans un autre design de CI, souvent plus grand. Ces blocs sont déjà testés et peuvent être assemblés comme un puzzle, permettant d’utiliser des structures de CI existantes et de ne redessiner que certaines parties. Un chiplet n’est pas une puce autonome entièrement fonctionnelle, mais une partie d’un circuit, pouvant être combinée avec d’autres éléments fonctionnels. Les concepts et premières implémentations des chiplets promettent non seulement une densité d’intégration plus élevée, mais aussi d’importantes considérations environnementales concernant l’efficacité des ressources, les matières premières critiques, la modularité et la réutilisation des blocs de conception.