Le monde de la microélectronique évolue constamment. Grâce à la loi de Moore, l’évolution technologique constante permet la miniaturisation des dispositifs à semi-conducteurs. De nos jours, nous exploitons tous continuellement de tels dispositifs dans nos téléphones intelligents, nos tablettes, nos GPS et bien d’autres. Ces derniers nous offrent de plus en plus de fonctionnalités chaque année grâce à la miniaturisation continue des circuits intégrés en puces microélectroniques.
Ces dispositifs sont l’objet de la présente invention, plus précisément l’interconnexion à haute densité d’une puce électronique inversée (« flip chip ») directement avec son substrat lors de son encapsulation (vs. la liaison par fil). Cette idée novatrice donne lieu à diverses améliorations tant au niveau de la fiabilité du procédé d’assemblage des puces de même qu’à la réduction des coûts engendrés.
Cette innovation est basée sur la création de nouveaux piliers de soudures fabriqués via une approche d’électrodéposition séquentielle au niveau de la plaquette où sont intégrées des couches agissantes comme des barrières au niveau de la structure de soudure afin de contrôler localement les nombreuses caractéristiques de l’alliage entre l’étain et l’argent (SnAg).
De ce fait, chaque pilier est une structure hétérogène composée d’un enveloppement complet d’étain (Sn) ainsi que d’une barrière de nickel (Ni), permettant de limiter la diffusion d’argent (Ag) entre les deux segments. Ce procédé permet de former une structure comprenant un alliage à faible teneur en Ag de sorte que le joint soit plus ductile du côté des couches fragiles de la puce, et ainsi diminuer les contraintes thermomécaniques locales entrainées par le pilier durant l’assemblage. Une fois que les différentes contraintes de l’assemblage ont été atténuées par l’alliage ductile, ce dernier est renforcé par une résine de remplissage.
L’invention fournit également un moyen de briser facilement cette barrière afin d’homogénéiser le pilier de soudure au moment opportun, ce qui permet une distribution uniforme de l’Ag dans la structure. Le but de cette homogénéisation est l’amélioration de la résistance de la brasure à l’électromigration (le mouvement du matériel dans la bosse).
Par ailleurs, la structure en forme de pilier a l’avantage supplémentaire de garantir un rapport d’aspect élevé qui permet une conception d’interconnexion à haute densité sans l’utilisation d’une structure rigide en cuivre (Cu). Ce concept d’enveloppement par le Ni peut être utilisé pour éviter la rigidité élevée du micropilier fait de cuivre pour les connexions à haute densité. Ces nouveaux micropiliers d’étain permettront d’adresser le marché de l’intégration 3D en microélectronique.
Les procédés actuels en industrie utilisent des bosses de soudure homogènes tout au long de la conception, ce qui nécessite de choisir un alliage unique qui sert de compromis entre de bonnes performances thermomécaniques et une bonne résistance à l’électromigration. Cette invention élimine la nécessité de négliger un des deux aspects, prolongeant ainsi l’intégrité de la microélectronique.
Avantages techniques
Avantages commerciaux
Encapsulation de puces microélectroniques.
Demande de brevet déposée.
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François Nadeau
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Niveau de préparation technologique (TRL)
Pour les piliers pas de bosse de 150 um ou plus — TRL 5-6
Pour les micropiliers pas de bosse inférieure à 150 um et typiquement entre 40 et 50 um) — TRL 2-3