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Dans l'électronique moderne, les smartphones, les tablettes et les montres intelligentes deviennent plus fins et plus légers, tout en étant de plus en plus puissants. L'un des principaux facteurs de ce phénomène « petit mais puissant » est l'amincissement des plaquettes, un processus essentiel dans la fabrication des semi-conducteurs qui réduit l'épaisseur des plaquettes tout en préservant les performances.

Pourquoi amincir les plaquettes ?

Une plaquette est le substrat fondamental d'une puce à semi-conducteurs, généralement de plusieurs centaines de micromètres d'épaisseur. L'amincissement des plaquettes offre de multiples avantages techniques :

1. Permettre des conceptions d'emballages ultra-minces
   Les plaquettes plus fines permettent aux puces de s'intégrer dans des appareils compacts et légers tout en conservant une fiabilité mécanique.

2. Faciliter les circuits intégrés empilés en 3D
   Dans l'emballage de circuits intégrés 3D, les plaquettes amincies peuvent être empilées verticalement, augmentant ainsi la densité fonctionnelle et l'intégration dans un espace limité.

3. Améliorer les performances thermiques
   Les plaquettes plus fines réduisent les chemins de conduction thermique et augmentent les rapports surface/volume, ce qui permet de dissiper efficacement la chaleur et d'éviter la surchauffe localisée qui peut dégrader les performances de l'appareil.

Jusqu'où peut-on amincir les plaquettes ?

L'épaisseur minimale réalisable dépend des propriétés des matériaux et de la taille des plaquettes :

• La taille est importante: Les plaquettes plus grandes sont mécaniquement plus faibles et plus sujettes aux fissures lors de l'amincissement.

• La matière est importante: Le silicium (Si), l'arséniure de gallium (GaAs), le nitrure de gallium (GaN), le niobate de lithium (LN), le tantalate de lithium (LT), le saphir et les céramiques présentent tous des résistances mécaniques différentes. Les matériaux fragiles, tels que le GaAs, le GaN, le LN et le LT, sont plus difficiles à amincir et ont des limites d'épaisseur minimale plus élevées.

Par exemple, le procédé TAIKO de Disco peut amincir une plaquette de silicium de 12 pouces à environ 50 µm, soit à peu près l'épaisseur d'une feuille de papier.

Quatre principales techniques d'amincissement des plaquettes

L'amincissement des plaquettes est couramment réalisé grâce à quatre méthodes, chacune ayant des avantages et des limites uniques :

1. Meulage mécanique

La matière est physiquement enlevée par une meule abrasive diamantée à grande vitesse.

• Avantages: Enlèvement rapide de la matière, adapté à l'amincissement en vrac.

• Limites: Peut introduire des microfissures et des contraintes en surface ; un post-traitement peut être nécessaire pour améliorer la qualité de la surface.

2. Polissage chimico-mécanique (CMP)

Combine un adoucissement chimique avec une abrasion mécanique pour enlever la matière tout en obtenant une grande planéité de surface.

• Avantages: Surface extrêmement lisse et plane ; convient aux applications de haute précision.

• Limites: Coût élevé et contrôle complexe du processus.

3. Gravure chimique humide

Des produits chimiques liquides dissolvent la matière de la surface de la plaquette.

• Avantages: Équipement simple, faible coût, fonctionnement facile.

• Limites: Mauvaise uniformité de la gravure, difficile de contrôler l'épaisseur avec précision, peut entraîner des surfaces rugueuses.

4. Gravure au plasma sèche

Des espèces réactives issues du plasma éliminent chimiquement la matière de la surface de la plaquette.

• Avantages: Permet un amincissement précis et localisé et la fabrication de structures complexes.

• Limites: Équipement coûteux, processus complexe, rugosité de surface plus élevée.

Principaux défis de l'amincissement des plaquettes

L'amincissement des plaquettes ne se résume pas à « rendre les plaquettes plus fines » : il nécessite une ingénierie précise pour éviter les défauts :

1. Uniformité de l'épaisseur
   Une épaisseur de plaquette constante est essentielle pour garantir des performances uniformes de l'appareil sur toute la plaquette.

2. Qualité de la surface
   L'amincissement peut générer des microfissures, des particules ou une rugosité excessive de la surface, ce qui affecte le rendement et la fiabilité.

3. Gestion des contraintes
   Les contraintes mécaniques et thermiques introduites lors de l'amincissement peuvent entraîner une déformation, une déformation ou des défauts internes de la plaquette.

Conclusion

L'amincissement des plaquettes est une pierre angulaire de l'emballage moderne des semi-conducteurs et de la technologie des circuits intégrés 3D. Il permet d'obtenir des puces plus légères et plus fines tout en améliorant la densité fonctionnelle et la gestion thermique. La maîtrise des techniques d'amincissement des plaquettes est essentielle pour faire progresser les appareils électroniques ultra-fins et hautes performances.