Microélectronique puissante ? Intégration système par emballage 3D au niveau de la plaquette

Microélectronique puissante ? Intégration de système par emballage au niveau des wafers en 3D

De plus en plus petit, toujours plus de puissance et surtout toujours plus de fonctionnalités, c'est ce que devront offrir les systèmes microélectroniques à l'avenir ? en même temps, ils doivent être économes en énergie et faciles à produire à moindre coût. Une méthode pour y parvenir est l'intégration de systèmes en 3D. À Dresde, le centre « All Silicon System Integration Dresden ASSID » de l'institut Fraunhofer pour la fiabilité et la microintégration IZM est inauguré aujourd'hui. Là, les chercheurs veulent développer des technologies pour une intégration de systèmes en 3D de composants semi-conducteurs et les rendre prêtes à l'emploi.

« Le centre All Silicon System Integration Dresden ASSID du IZM est l'un des rares centres dans le monde à être actif dans le domaine de haute technologie de l'intégration de systèmes en 3D au niveau des wafers », déclare le professeur Dr. Alfred Gossner, membre du directoire du Fraunhofer, lors de l'inauguration. « Nous sommes heureux que le ministère fédéral de l'Éducation et de la Recherche, le Land de Saxe ainsi que l'Union européenne soutiennent cette technologie innovante et favorisent des projets concrets ici. »

Les technologies développées au Fraunhofer IZM - ASSID seront utilisées pour fabriquer des systèmes qui regroupent plusieurs composants électroniques dans une forme miniaturisée et qui sont produits selon des procédés établis de fabrication de semi-conducteurs. Le terme technique pour cela est : « Wafer Level System in Packages – WL-SiP ». Ces petits systèmes extrêmement complexes trouvent leur application dans les modules électroniques là où la vitesse de traitement du signal est cruciale, comme par exemple dans le traitement et l’analyse d’images dans les dispositifs médicaux ou dans le domaine de la sécurité. D’autres domaines d’application incluent la commande dans la construction de machines et d’installations, l’automatisation, les systèmes robotiques ainsi que dans les énergies renouvelables. Dans l’industrie automobile, de tels systèmes sont nécessaires pour une gestion énergétique efficace des véhicules électriques ou dans les systèmes d’aide à la conduite. Ils sont envisageables partout où plusieurs composants électroniques tels que processeurs, ASICs, mémoires ou capteurs doivent être intégrés dans un système électronique compact, puissant et de petite taille. Grâce à leur approche modulaire, il est possible, avec l’aide de l’intégration de systèmes en 3D, de répondre plus rapidement et plus efficacement aux besoins spécifiques des applications et aux souhaits individuels des clients. Les produits peuvent ainsi être réalisés plus rapidement et mis sur le marché à un coût réduit.

Les défis techniques liés à la densité d’intégration et de câblage sont immenses. C’est ici que l’expertise de longue date du IZM entre en jeu. Dans le domaine de l’emballage au niveau des wafers et de l’intégration de systèmes en 3D, les chercheurs ont également acquis une position exceptionnelle à l’échelle internationale. Celle-ci doit être transférée et développée avec le IZM - ASSID dans la technologie d’emballage au niveau des wafers de 300 mm. Les ingénieurs veulent augmenter la performance des systèmes microélectroniques en disposant non seulement les composants sur une seule couche, mais en les empilant en plusieurs couches et en assurant leur connexion électrique. La connexion se fait via des « Through Silicon Vias », des passages métallisés en cuivre traversant le silicium.

Pour mettre en œuvre de tels systèmes 3D dans une fabrication industrielle, les chercheurs doivent développer une multitude de processus technologiques, de procédés innovants et de solutions avec de nouveaux matériaux. « Notre objectif est d’offrir des solutions sur mesure pour une grande variété de clients issus de l’industrie et de la recherche », explique le Dr. Klaus-Dieter Lang du IZM.

Bénéficiant de partenaires industriels importants tels que GLOBALFOUNDRIES sur le site de Dresde ainsi que les entreprises Infineon Technologies et NXP Semiconductors Germany, qui ont déjà exprimé leur intérêt pour cette technologie. Le Fraunhofer IZM - ASSID sera intégré de manière étroite dans le réseau de recherche institutionnel et industriel avec les entreprises de Silicon Saxony ainsi que les instituts Fraunhofer du Land de Saxe. De plus, le IZM - ASSID s’établira également à l’échelle internationale comme l’un des centres les plus importants pour l’intégration de systèmes en 3D dans la microélectronique.

Image : L’intégration de systèmes en 3D sur des wafers de 300 mm doit contribuer à rendre la microélectronique plus petite, plus performante et plus économe en énergie. (© Fraunhofer IZM)