Incorporer des condensateurs dans des interposeurs pour augmenter la miniaturisation

Pas d'espace gaspillé: intégration de condensateurs dans des interposeurs pour augmenter la miniaturisation

La nouvelle conception de l’interposeur avec un condensateur intégré permet une réduction notable des exigences de surface et de la longueur d’interconnexion, conduisant à une résistance de câblage et à une capacité parasite plus faibles. MPU: unité de microprocesseur; DRAM: mémoire à accès aléatoire direct. Crédit: Conférence sur les composants électroniques et la technologie de l’IEEE 2021

Les scientifiques de l’Institut de technologie de Tokyo développent un interposeur fonctionnel 3D – l’interface entre une puce et le substrat du boîtier – contenant un condensateur intégré. Cette conception compacte économise beaucoup de surface d’emballage et réduit considérablement la longueur de câblage entre les bornes de la puce et le condensateur, ce qui permet de réduire le bruit et la consommation d’énergie. Leur approche ouvre la voie à de nouvelles structures de boîtiers semi-conducteurs avec une plus grande miniaturisation.

L’électronique a commencé en grande taille mais n’a fait que devenir plus petite et plus compacte avec le temps. Aujourd’hui, même les smartphones surpassent les ordinateurs encombrants des années 1980 de plusieurs ordres de grandeur. Malheureusement, cette tendance à l’accélération en termes de performances et d’échelle est appelée à ralentir considérablement à mesure que les matériaux et les conceptions que nous utilisons approchent de leurs limites physiques. Pour surmonter ces problèmes, il est essentiel de sortir des sentiers battus et de proposer des conceptions qui remédient aux goulots d’étranglement technologiques.

Au cours de la dernière décennie, les progrès d’un composant passif essentiel de l’électronique, le condensateur, ont stagné à certains égards. Bien que nous puissions fabriquer des condensateurs beaucoup plus petits que jamais, leur capacité réelle par unité de surface ne s’est pas améliorée autant. Nous avons besoin de moyens pour que les condensateurs occupent moins d’espace tout en préservant leurs performances.

Mais que se passerait-il si nous pouvions intégrer des condensateurs à l’intérieur d’un autre élément couramment utilisé dans les circuits modernes: l’interposeur? À l’Institut de technologie de Tokyo, au Japon, une équipe de scientifiques dirigée par le professeur Takayuki Ohba s’est engagée à développer des technologies pour soutenir la mise à l’échelle des circuits semi-conducteurs. Dans leur dernière étude, qui sera présentée lors des Actes de la conférence sur les composants électroniques et la technologie de l’IEEE 2021, ils ont démontré que des interposeurs en silicium – l’interface plane qui contient et connecte verticalement une puce intégrée avec un circuit imprimé ou une autre puce – peuvent être fabriqués en condensateurs fonctionnels, économisant ainsi un espace considérable et apportant une tonne d’avantages.

Dans les boîtiers «  2.5D  » modernes, des puces telles que des DRAM et des microprocesseurs reposent sur des interposeurs avec des traversées en silicium, des tunnels conducteurs verticaux qui relient les connexions dans les puces avec des bosses de soudure sur le substrat du boîtier. Les condensateurs sont placés sur le substrat du boîtier à proximité des composants qu’ils servent, et une connexion entre leurs bornes et celles de la puce doit être établie, s’étendant sur 5 à 30 mm. Cette disposition augmente non seulement la surface nécessaire du substrat du boîtier, mais provoque également des problèmes tels qu’une résistance de câblage élevée et du bruit en raison des longues interconnexions.

En contraste frappant avec cette conception, l’équipe de Tokyo Tech a coupé l’intermédiaire et a directement fait de l’interposeur le condensateur en silicium. Ils y sont parvenus grâce à un nouveau procédé de fabrication dans lequel les éléments capacitifs sont intégrés à l’intérieur d’une pièce de silicium de 300 mm à l’aide d’un adhésif permanent et d’une résine moulée. Les interconnexions entre la puce et le condensateur sont réalisées directement avec des vias traversant le silicium et sans avoir besoin de bosses de soudure. «Notre interposeur fonctionnel 3D sans à-coups permet une réduction notable de la surface de l’emballage d’environ 50% et une longueur d’interconnexion cent fois plus courte», remarque Ohba.

Les chercheurs ont également réussi à éviter intelligemment les deux problèmes les plus courants des conceptions puce-sur-plaquette sans à-coups, à savoir le gauchissement de la plaquette en raison de la résine et les erreurs de mauvais positionnement dues aux poches vides dans l’adhésif. Grâce à des tests et à des calculs théoriques, ils ont déterminé que leur interposeur fonctionnel permettait une résistance de câblage environ cent fois plus faible que les conceptions conventionnelles, ainsi qu’une capacité parasite plus faible. Ces caractéristiques pourraient permettre l’utilisation de tensions d’alimentation plus faibles, conduisant à une consommation d’énergie plus faible. «La technologie d’intégration puce sur plaquette que nous développons ouvrira de nouvelles voies dans l’évolution des structures de boîtier de semi-conducteurs», conclut Ohba avec enthousiasme. Dans l’ensemble, cette étude est un parfait exemple des sauts créatifs nécessaires pour maintenir la marche accélérée de la technologie.


Nouveau design pour puce d’alimentation isolée


Fourni par l’Institut de technologie de Tokyo

Citation: Pas de gaspillage d’espace: Incorporer des condensateurs dans des interposeurs pour augmenter la miniaturisation (2021, 1er juin) récupéré le 1er juin 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-06-space-embedding-capacitors-interposers-miniaturization.html

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