L interconnexion et l encapsulation des MEM s

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Josselin Crépeau
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1 L interconnexion et l encapsulation des MEM s O. PUIG

2 L interconnexion et l encapsulation des MEM s! Les spécificités des MEM s par rapport à l état de l art de la µélectronique Procédés Mécanique Thermique Electrique! Les technologies d assemblage en microélectronique Le report L interconnexion électrique L hybridation L encapsulation! Applications

µélectronique Procédés Mécanique Thermique Electrique!

3 Les spécificités des MEM s: le procédé! Gravure face avant opération réalisée après découpe! Gravure face arrière opération réalisée généralement au niveau wafer! LIGA ou assimilé Couche «épaisse» ajoutée en surface.! Métallisation Souvent spécifique aux MEMs (besoin de tenue aux agents de gravure). Finition souvent dorées.! Découpe Ne constitue plus forcément la dernière opération de fabrication du microcomposant.

LIGA ou assimilé Couche «épaisse» ajoutée en surface.

4 Les spécificités mécaniques des MEM s! Les parties mobiles: sensibilité particulière: à la pollution moléculaire (grippage, corrosion, )- > nouvelles contraintes concernant l atmosphère interne, les colles,... à la pollution particulaire -> précautions particulières lors de l intégration; critères à définir interface supplémentaire: optique (ex: micro-miroirs) fluidique (ex: micro-pompes) mécanique (ex: cils vibrant) Contraintes supplémentaires pour la manipulation, le test.

contraintes concernant l atmosphère interne, les colles,.

5 Les spécificités mécaniques des MEM s! Les parties fixes fragiles (membranes): sensibilité particulière: à la pollution particulaire -> précautions particulières lors de l intégration; critères à définir aux contraintes mécaniques et thermo-mécaniques aux différences de pression (cas de membrane étanche) manipulation délicate Collage délicat (surface réduite) facteur de forme très important -> modélisation difficile

précautions particulières lors de l intégration; critères à définir aux contraintes mécaniques et

6 Les spécificités mécaniques des MEM s Le report: Influence du substrat: cas d une membrane gravée face arrière

7 Les spécificités thermiques des MEM s! Dans la grande majorité des cas, moins de contraintes par rapport à la microélectronique.! Quelques cas particuliers à fortes contraintes thermiques nécessitant un dimensionnement thermique de l assemblage: Micro-miroirs (importante quantité de chaleur absorbée due au flux de lumière reçu) -> utilisation de boîtiers AlSiC ou AlN Micro-propulseurs

! Quelques cas particuliers à fortes contraintes thermiques nécessitant un dimensionnement

8 Les spécificités électriques des MEM s! Aucun besoin spécifique identifié en terme d interconnexion (performance, nombre d I/O, )! Fort besoin à prendre en compte (étant donné les rendements de fabrication) d une testabilité au niveau puce (après gravure). Utilisation de filières type KGD pour des applications spatiales?

9 Les spécificités des MEM s: synthèse! Principales contraintes identifiées spécifiques aux MEMs Pollution moléculaire Pollution particulaire Sensibilité à des modifications mécaniques: Planéïté / contrainte dans les membranes Nouveaux besoins d interconnexion (mécanique, fluidique ou optique) Testabilité Procédés spécifiques

Pollution particulaire Sensibilité à des modifications mécaniques: Planéïté /

10 Les technologies d assemblage: le report de puces nues Facilité de mise en oeuvre Contrainte mécanique après report / en cyclage thermique Propriété thermique Collage époxy Collage thermoplastique Brasage tendre Brasage dur Bossage Etain/Plomb Bossage Colle Bossage Indium Suspendu

époxy +++ + + Collage thermoplastique + ++ + Brasage tendre ++ 0 ++ Brasage dur + --

11 Les technologies d assemblage: le report de MEM s Interconnexion Poll. Molécul. Poll. Particul. Planéïté Méca. Fluid. Optique Testabili té Comp. procédé Collage époxy Collage thermoplastique Brasage tendre Brasage dur Bossage Etain/Plomb Bossage Colle Bossage Indium Suspendu

procédé Collage époxy -- + - + + + - 0 Collage thermoplastique + ++ + - + 0 - --- Brasage tendre 0 - -- -- +

12 Les technologies d assemblage: l interconnexion de puces nues Mise en oeuvre Perf. électrique Fil / ruban TAB - + Bossage (Flip-Chip) Chip first (HDI)

13 Les technologies d assemblage: l interconnexion de MEMs Interconnexion Poll. Molécul. Poll. Particul. Planéïté Méca. Fluid. Optique Testabili té Comp. procédé Fil / ruban TAB Bossage (Flip- Chip) Chip first (HDI)

chip) ++ - - En 2D: substrat organique +

14 Les technologies d assemblage: l hybridation de puces nues Facilité de mise en oeuvre Densité Propriété thermique Au niveau composant (Chip on chip) En 2D: substrat organique En 2D: substrat céramique En 3D ou HDI

niveau composant (Chip on chip) ++ - - En 2D: substrat

15 Les technologies d assemblage: l hybridation de MEMs Interconnexion Poll. Molécul. Poll. Particul. Planéïté Méca. Fluid. Optique Testabili té Comp. procédé Au niveau composant (Chip on chip) En 2D: substrat organique En 2D: substrat céramique En 3D ou HDI

procédé Au niveau composant (Chip on chip) En 2D: substrat organique En 2D:

16 Les technologies d assemblage: l encapsulation de puces nues Protection Densité Propriété thermique BOITIER Kovar METALLIQUE AlSiC BOITIER CERAMIQUE BOITIER ETANCHE BOITIER NON ETANCHE Alumine AlN DBC Capôt collé - -- Pelliculage Glob-top - + Encapsulation

CERAMIQUE BOITIER ETANCHE BOITIER NON ETANCHE Alumine +++ - + AlN +++ - ++ DBC

17 Les technologies d assemblage: l encapsulation de MEMs Interconnexion Poll. Molécul. Poll. Particul. Planéïté Méca. Fluid. Optique Testabili té Comp. procédé Kovar BOITIER METALLIQUE AlSiC BOITIER CERAMIQUE Alumine AlN DBC Capôt collé BOITIER ETANCHE Pelliculage Glob-top Encapsulation BOITIER NON ETANCHE

procédé Kovar ++ + - ++ ++ 0 + + BOITIER METALLIQUE AlSiC ++ + + - ++ + + + BOITIER CERAMIQUE Alumine +++ ++ - -- + 0 ++ + AlN

Report Collage Applications: Le packaging de

Encapsulation De l étanche à l hermétique avec

18 Report Collage Applications: Le packaging de micro-miroirs 1ère génération: joint élastomère Dernière génération: joint époxy spécial Interconnexion Fils Hybridation Aucune Encapsulation De l étanche à l hermétique avec piège à particule Dernière génération: Scellement verre-métal

Interconnexion Fils Hybridation Aucune Encapsulation De l étanche à l

19 Applications: Le packaging de micro-accéléromètres Report Flip-chip Interconnexion Billes Hybridation Chip on chip Encapsulation?

20 Applications: Le packaging de micro-accéléromètres Report Collage Interconnexion Fils Hybridation Aucune Encapsulation Plastique

21 Applications: Le packaging de thermopiles Report Collage sur support adapté Interconnexion Fil d Aluminium Hybridation 2D, couche épaisse sur alumine Encapsulation Boîtier Kovar non étanche

22 Applications: Le montage de MEMs en TAB Avantages: Minimisation contraintes mécaniques Testabilité puce Gravure composant sur ruban (A.C.) Compatibilité 3D, CSP Densité d interconnexion Compatibilité production de masse Inconvénients: Coût non récurrent Thermique

23 Conclusion! Il n y a pas UN concept d interconnexion/encapsulation pour les MEM s! Il doit être choisi en fonction des contraintes mission (de l encapsulation à l utilisation en vol) de la fiabilité voulue des filières industrielles en présence! En amont, certaines exigences devront être étayées par des études ciblées pour une application spatiale Impact de l atmosphère sur la fiabilité des MEM s Diffusion d espèces gazeuses au travers de joints organiques Propreté particulaire/moléculaire Comportement thermo-mécanique

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