10 ans après et quelques dizaines de milliers de CI3D...
Microcertec, un pionnier dans cette approche
Dès sa création en 2004, Microcertec valorise ses pièces en céramique technique usinées de précision par leur métallisation en couches minces. L’objet est ensuite de graver sélectivement la couche de métal par laser (ablation laser) afin de réaliser un circuit d’interconnexion 3D (CI3D) sur la céramique. Le client y assemble des composants à circuits intégrés de type MEMS, lasers, LED, CCD, SDD… Ce packaging innovant permet de satisfaire à des exigences de performances en environnement sévère, notamment dans le domaine des systèmes embarqués (centrales inertielles, lidar, caméra thermique refroidie, horloge atomique…) ou encore de l’instrumentation de haute technologie (spectrométrie Raman, à rayons X, réseau de télécommunication passif…).
Le CI3D est donc un véritable circuit réalisé en technologie microélectronique hybride, gage de robustesse et de fiabilité, mais sur lequel les composants sont positionnés librement dans l’espace, et dispose de fonctions mécaniques afin de simplifier les opérations d’assemblage et d’intégration. L’idée n’est pas nouvelle, elle vient du CI3D sur base plastique qui est mise en forme par moulage ; d’où l’acronyme anglais 3D-MID pour’ 3D Moulded Interconnect Device’. Associé au concept plus récent de la mécatronique et au domaine émergeant de l’électronique imprimée de par la nature additive de ses procédés de fabrication, l’essor du 3D-MID date cependant des années 90 et s’est développé aujourd’hui sur des marchés de volume, principalement la téléphonie mobile (antenne GSM) et l’automobile (capteurs). Nous reviendrons plus loin sur les intérêts du concept.
S’agissant du procédé utilisé par Microcertec, sa pertinence repose dans l’association séquentielle de ses expertises en usinage de précision des céramiques techniques, en métallisation couches minces de qualité microélectronique, et en gravure laser sur pièce 3D. Il en résulte une technologie flexible qui couvre aussi bien les besoins du prototypage rapide que de la production de moyenne série (quelques milliers à quelques dizaines de milliers par an). En raison de sa spécificité, l’expertise laser a été intégrée chez Microcertec et un partenariat technique a été développé pour la métallisation des céramiques techniques. Initialement modeste, cette activité a pris de l’importance, elle représente aujourd’hui entre 10 et 15% du chiffre d’affaires et trouve l’essentiel de ses clients hors de l’hexagone, sur des marchés de niches, dans le domaine du spatial, de l’aéronautique civile et militaire, de la télécommunication, de l’instrumentation scientifique et médicale.
Le CI3D, quel intérêt ?
Comme évoqué précédemment le concept du CI3D relève d’un besoin de liberté de placement des composants dans l’espace et l’ajout de fonctions mécaniques pour simplifier les opérations d’assemblage et répondre à des contraintes d’encombrement. La facilité de test des sous-ensembles est autre bénéfice. De leur côté, par rapport aux plastiques, les céramiques techniques et l’usinage de précision remportent la décision quand l’application requière une grande précision mécanique et aussi dans le placement relatif des composants, la stabilité dimensionnelle à température élevée, une bonne isolation électrique, des propriétés diélectriques pour les applications Radio Fréquence, de la conduction thermique (nitrure d’aluminium), un bon état de surface et de la métallisation donnant accès aux procédés d’assemblage utilisés en microélectronique hydride, la possibilité de traversée étanche ou encore le scellement hermétique du packaging. Les gains de cette association sont la performance fonctionnelle, la compacité et la réduction de poids, mais aussi la fiabilité et le coût. Ce n’est pas pour rien qu’un CI3D se retrouve dans le sismomètre actuellement sur Mars !(https://www.microcertec.com/microcertec-en-route-pour-mars).
Le CI3D du futur se dévoile
Les perspectives d’évolution sont à l’étude. Les lasers ultra brefs permettent déjà davantage de finesse et de sélectivité de gravure aussi bien pour la métallisation que la céramique elle-même. Cela permet de densifier les circuits avec une meilleure résolution pour réaliser des pistes de largeur inférieure 50 µm avec un pas inférieur à 100 µm, ou encore pour la performance des circuits micro-ondes avec des cavités de puce qu’il n’est pas possible de réaliser autrement qu’avec ce type de laser. Afin d’élargir le champ d’applications du CI3D et de manière complémentaire aux possibilités de la technologie actuelle, le support céramique comme la métallisation du CI3D ont vocation à évoluer aussi vers des procédés additifs qui sont actuellement en pleine émergence ; ouvrant ainsi l’accès à la conception de pièces à structure interne, de circuit multicouches, intégrant des trous vias, des composants passifs, des capteurs et aussi ‘imprimer’ le câblage des puces. Microcertec s’y prépare en tant que partenaire technologique pour les clients en recherche d’une nouvelle génération de CI3D.