Semi-conducteurs : la gravure alcaline comme solution pour fabriquer des puces plus complexes L'allemand RENA Technologies développe une technique de gravure chimique permettant de percer des trous microscopiques dans les substrats en verre. L'idée est de multiplier les connexions électriques entre les composants et ainsi répondre aux besoins croissants des processeurs pour l'intelligence artificielle. Pour fabriquer des puces toujours plus puissantes, l'industrie des semi-conducteurs ne peut plus compter uniquement sur la miniaturisation des transistors. Elle cherche également à améliorer la manière dont les différents composants sont assemblés et connectés. C'est tout l'enjeu du packaging avancé, une technologie qui permet notamment de réunir plusieurs puces au sein d'un même ensemble. Dans ce domaine, les substrats en verre apparaissent comme une alternative prometteuse aux matériaux organiques traditionnellement utilisés. Ils offrent notamment une bonne stabilité et permettent d'envisager des connexions électriques plus nombreuses et plus rapprochées. Encore faut-il réussir à les fabriquer avec suffisamment de précision. Justement, l'entreprise allemande RENA Technologies a présenté une solution reposant sur la gravure alcaline, un procédé chimique destiné à réaliser des trous microscopiques dans le verre. HBM pour Nvidia : Samsung contraint de sous-traiter la gravure à son rival TSMC Pourquoi faut-il percer des micro-trous dans le verre ? Dans un substrat en verre, les connexions électriques peuvent passer par des ouvertures appelées Through-Glass Vias. Ces trous traversent le verre et sont ensuite métallisés pour permettre la circulation des signaux électriques d'une face à l'autre du substrat. Leur taille et leur forme sont déterminantes. Plus ils sont fins et rapprochés, plus il est possible de multiplier les connexions sur une même surface. Or, les procédés traditionnels de gravure acide produisent généralement des trous évasés, plus larges à leur entrée qu'en profondeur. Cette géométrie occupe davantage de place et limite la densité des interconnexions. RENA Technologies propose de remplacer la gravure acide par une solution alcaline, capable de produire des ouvertures aux parois presque verticales. Des trous plus droits grâce à la gravure alcaline Pour comparer les deux techniques, RENA Technologies a réalisé des essais sur un même type de verre, le Schott AF32. Les résultats présentés montrent que la gravure alcaline permet d'obtenir un angle de conicité d'environ 1 degré, contre 3 à 5 degrés avec la gravure acide. Autrement dit, les trous réalisés avec une solution alcaline sont moins évasés. Cette différence est importante, car en réduisant l'espace occupé par chaque ouverture, les fabricants peuvent augmenter le nombre de connexions électriques sans agrandir le substrat. La technique présente toutefois un inconvénient. La gravure alcaline est généralement plus lente que la gravure acide. Pour accélérer le traitement, RENA Technologies mise sur des bains chimiques chauffés à haute température. L'entreprise vise un temps de fabrication de deux à trois heures pour des trous de 50 micromètres ou moins. Elle indique également maîtriser des procédés pouvant atteindre 170 °C pour certains types de verre et de matériaux vitrocéramiques. Le laser pour faciliter la fabrication des micro-trous RENA Technologies travaille également avec l'entreprise allemande LPKF sur une technologie appelée Laser Induced Deep Etching, ou gravure profonde induite par laser. Son fonctionnement repose sur deux étapes : D'abord, un laser modifie localement la structure du verre, sans le percer directement. Ensuite, un traitement chimique élimine plus facilement les zones ainsi modifiées pour former les trous. L'intérêt est de réaliser des ouvertures précises tout en limitant les risques de fissures liés au traitement du verre. Cette combinaison du laser et de la chimie pourrait faciliter la production de substrats comportant un grand nombre d'interconnexions microscopiques. Ces avancées intéressent particulièrement les fabricants de processeurs destinés à l'intelligence artificielle et au calcul haute performance. Ces composants associent de plus en plus souvent plusieurs puces de calcul et des mémoires au sein d'un même boîtier. Pour les faire communiquer rapidement, ils ont besoin d'un nombre croissant de connexions électriques. Les substrats en verre pourraient contribuer à répondre à cette demande, à condition de maîtriser leur fabrication à grande échelle. La gravure alcaline représente une piste pour améliorer la densité des connexions. Mais plusieurs défis demeurent, notamment la vitesse de production, le coût des procédés et la fiabilité des substrats. 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