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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 , 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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3. Applications
Il n’est pas très aisé de déterminer un domaine particulier pour l’utilisation des couches minces en électronique, tant les applications peuvent être variées mais aussi, comme on l’a déjà dit, tant la notion de couches minces s’estompe elle-même parmi d’autres filières plus ou moins proches. On peut néanmoins tenter la classification des applications typiques des couches minces :
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le domaine « traditionnel » des couches minces, à savoir certains circuits analogiques, les codeurs ainsi que toutes sortes de capteurs, senseurs, jauges, etc. (voir ) ;
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le domaine très particulier des applications hyperfréquences et radiofréquences, pour lequel dans bien des cas, seules les couches minces apportent les performances nécessaires (voir ) ;
-
le domaine actuel des applications basses fréquences, à haute densité d’interconnexion, essentiellement celui des circuits numériques complexes, dits MCM ;
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le domaine le plus récent, celui encore embryonnaire des applications optoélectroniques ;
-
enfin, l’ensemble des autres applications qui n’entrent pas dans les domaines précédents, comme la robustification.
Le tableau 3 donne un aperçu de l’ensemble des applications possibles des couches minces.
Mais surtout, il convient ne pas oublier que dans chacun de ces domaines, les circuits en couches minces peuvent autant se présenter sous la forme de sous-ensembles ou modules multipuces, que sous la forme de composants unitaires. Nous avons déjà largement évoqué les composants passifs réalisés en couches minces et pensons que ceux-ci ne constituent pas un domaine particulier mais entrent dans la classification précédente, en fonction de leurs caractéristiques particulières.
3.1 Interconnexion et applications basses fréquences
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - JAVITZ (A.E.) - Materials Science and Technology for Desing Engineers. - Hayden Book Company, Inc., New York (1972).
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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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(3) - HARPER (C.A.) - Handbook of Electronic Packaging - - McGraw-Hill (1969).
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(4) - MORUCCI (J.P.) - Capteurs biomédicaux. - Encyclopædia Universalis (2000).
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(5) - Biopuces : De la puce ADN à la puce protéine. - LETI, CEA. http://www-leti.cea.fr/Leti-FR/M_ACTIV/m81e.htm
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(6) - MASSÉNAT (M.R.) - Multi-chip modules d’hier… et de demain. - Mentor Sciences & Polytechnica (1994).
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...
LUP-NancyLeti
Laboratoire Louis-Néel (Grenoble)http://www.ln-w3.polycnrs-gre.fr
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(liste non exhaustive)
3D Plus ElectronicsVishay Electro-Films (résistances, réseaux et échelles de résistances, condensateurs, filtres RC, substrats)https://www.vishay.com/en/company/brands/electro-films/
Hightec MC (substrats)MicroFab LLC (substrats couches minces)Micronic (substrats pour hyperfréquences)Reinhardt Microtech AG (substrats)Siegert ThinFilm Technology (Siegert TFT GmbH) (résistances, réseaux de résistances, ponts, capteurs de pression)TFT Thin Film Technology Corporation (résistances, réseaux, résistances ajustables, inductances, atténuateurs, lignes à retard, réseaux RC, filtres)Thalès Microelectronics (substrats pour MCM-D/LTCC)Thalès...
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