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RÉSUMÉ
Les couches minces sont un dépôt généralement inférieur à 5 µm d’épaisseur, habituellement obtenu sous vide. Cette technique peut également être utilisée pour de l'interconnexion haute densité, en multicouches, aussi appelées MCM pour "multichip module". Cet article présente les technologies associées à ces couches minces et MCM, et leurs applications, en basse fréquence et en optoélectronique.
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Michel MASSÉNAT : Docteur en physique de l’université de Bordeaux - Expert auprès de la Commission européenne - Consultant
INTRODUCTION
L’article précédent Circuits en couches minces- Couches minces traditionnelles, dédié aux couches minces dites « traditionnelles », a défini ce que l’on entend par couche mince, à savoir un dépôt généralement inférieur à 5 µm d’épaisseur, habituellement obtenu sous vide. Ce dépôt est global, sur toute la surface du substrat et les motifs sont obtenus par une méthode soustractive, gravure chimique par exemple.
Les couches minces sont utilisées depuis plusieurs décennies dans un grand nombre d’applications. Les plus anciennes et encore les plus répandues sont probablement les applications optiques. La métallurgie, la photographie ont également utilisé les couches minces mais dans les applications les plus modernes, on rencontre maintenant la chimie, la biochimie et la médecine, autour de capteurs de toutes sortes, de gaz mais aussi d’ADN (les biopuces).
L’interconnexion, sous la forme de substrats équipés de pistes conductrices déposées, est également l’un des domaines privilégiés des couches minces.
Bien que détrônées dans les années 1980 par les couches épaisses dans ce domaine particulier, la notion de « multichip module » (MCM ou module multi- puce), apparue vers 1985, a redonné, grâce à certaines innovations techniques, un certain intérêt aux couches minces, qui ont retrouvé dans ces applications l’opportunité d’exploiter entièrement leurs capacités d’intégration.
Mais l’histoire ne fait que se répéter. L’intégration monolithique ne cesse d’évoluer et de gagner du terrain sur l’intégration hétérolithique, la poussant à évoluer à son tour. Si les MCM sont la réponse (hétérolithique) d’aujourd’hui aux limitations engendrées par les ASIC (monolithique), les SOP (hétérolithique) seront la réponse de demain aux SOC (monolithique) qui tentent de prendre aujourd’hui la place des MCM. Il est certain que dans les SOP, superhybrides comprenant à la fois interconnexion de haute densité, électrique et optique, composants actifs et composants passifs, dispositifs de refroidissement et pourquoi pas microsystèmes électromécaniques, les couches minces électroniques vont y prendre, plus que jamais, une place de choix.
L’auteur tient à remercier monsieur Thierry Lemoine, chef de département Céramique etPackaging à Thalès TRT, responsable du laboratoire commun LABCOM BGCC/TRT, ainsi que monsieur Sylvain Schmitt, ingénieur CNRS/IN2P3, pour l’aide qu’ils lui ont apportée dans la rédaction et la correction de ce document.
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4. Conclusion
Ceux d’entre nos lecteurs qui ont lu l’article dédié aux couches minces dites « traditionnelles » Circuits en couches minces- Couches minces traditionnelles se sont rendus compte que celles-ci sont encore irremplaçables pour de nombreuses applications et dans la réalisation de nombreux composants passifs.
Sans elles, il n’y aurait pas non plus de circuits intégrés monolithiques car il ne serait pas possible d’interconnecter les milliers, sinon les millions, de transistors que les techniques de diffusion permettent aujourd’hui d’intégrer sur quelques centimètres carrés de silicium.
Mais au-delà de l’électronique monolithique et des circuits intégrés, toute l’électronique est concernée. Une majorité de capteurs, de senseurs, aujourd’hui en couches minces, sont le point de départ de nombreuses fonctions électroniques. Les couches minces interviennent également dans la conversion des signaux analogiques en signaux numériques. Dotées d’une grande stabilité, d’une très haute précision et d’un coefficient de température faible, elles sont enfin la composante de choix des systèmes radiofréquences et surtout hyperfréquences.
Mais la nouveauté des couches minces réside dans l’interconnexion de haute densité. Les couches minces avaient tenu le terrain de l’interconnexion, principalement dans le cas des hybrides à puces nues, pendant de nombreuses années, jusqu’à ce que les couches épaisses, plus faciles à mettre en œuvre et moins coûteuses n’apparaissent début 1980 et ne s’emparent de ce domaine. Mais cette perte d’influence n’aura duré qu’une dizaine d’années. En effet, les couches minces réapparaissent au début des années 1990 avec une capacité d’interconnexion nouvelle, induite par la possibilité d’empiler plusieurs niveaux les uns sur les autres, donc de proposer du multicouche. Cela donne un second souffle au circuit hétérolithique, le « bon vieux circuit hybride » qui, du coup,...
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BIBLIOGRAPHIE
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(2) - TUMMALA (R.R.), RYMASZEWSKI (E.J.), KLOPFENSTEIN (A.G.) - Microelectronics Packaging Handbook - Semiconductor Packaging - Part II. - Chapman & Hall (1997).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Matériaux organiques électrolumines- cents.
LUP-Nancy http://www.lpmi.u-nancy.fr/physique
Laboratoire Louis-Néel (Grenoble) http://www.ln-w3.polycnrs-gre.fr
HAUT DE PAGE
(liste non exhaustive)
3D Plus Electronics http://www.3d-plus.com
Electro-Films Inc. (résistances, réseaux et échelles de résistances, condensateurs, filtres RC, substrats) http://www.electro-films.com
Hightec MC (substrats) http://www.hightec.ch
MicroFab LLC (substrats couches minces) http://www.microfabllc.com
Micronic (substrats pour hyperfréquences) http://www.da-light.com
Reinhardt Microtech AG (substrats) http://www.reinhardt-microtech.ch
Siegert ThinFilm Technology (Siegert TFT GmbH) (résistances, réseaux de résistances, ponts, capteurs de pression) http://www.siegert-tft.de
TFT Thin Film Technology Corporation (résistances, réseaux, résistances ajustables, inductances, atténuateurs, lignes à retard, réseaux RC, filtres) http://www.thin-film.com
Thalès Microelectronics (substrats pour MCM-D/LTCC)...
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