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L'application du masque de soudure tourne autour du matériau du masque de soudure. Cependant, le matériau ne doit pas être le seul à retenir l'attention. La couche de masque de soudure imprimée par jet d'encre sera constituée d'un ensemble de gouttes ; outre l'encre du masque de soudure, quelques autres matériaux jouent un rôle dans la formation de ces gouttes.

Mon colonne précédente ont accordé une grande attention au positionnement de la goutte. Cependant, au même niveau que le positionnement, ce qui importe est la manière dont la goutte volante, une fois sur le substrat, va atteindre sa forme finale. La section transversale de cette forme (figure 1), et surtout les bords, sont le résultat d'un équilibre. La théorie de l'angle de contact le décrit. Ce qui est intéressant ici, c'est que trois états de la matière sont impliqués et que, par conséquent, un large ensemble de matériaux affecte la goutte. Même un état virtuel, numérique de la matière jouera un rôle.

Figure 1 : Croquis montrant des gouttes sur différents matériaux.

La goutte, à l'état liquide, trouve une position d'équilibre sur un solide, le substrat. La prévisibilité de cet équilibre est un paramètre essentiel du jet d'encre. Elle domine la capacité à reproduire un motif avec une grande fidélité. Pour les amoureux de la physique, il existe une abondante littérature qui explique pourquoi, quoi et comment cet équilibre se produit. Dans le cadre de la reproductibilité, il suffit de passer en revue les matériaux impliqués : l'air, le matériau de l'encre et le substrat. Ce dernier devra faire l'objet d'une attention particulière, car chaque substrat varie en topographie et en matière.

L'air est l'élément matériel le plus simple à aborder et ne doit pas être pris pour acquis. L'attention se porte sur les particules en suspension et les courants d'air. Tout d'abord, lorsque par hasard, les gouttes qui précipitent sur la couche de masque de soudure perturbent fortement l'angle de contact. Une considération et deux points d'action permettent d'éviter les problèmes. Seules les particules de grande taille, d'au moins quelques micromètres, créent réellement des problèmes. C'est un soulagement ; des décennies d'expertise de l'industrie des semi-conducteurs sur le contrôle des particules sont disponibles pour gérer de telles tailles.

De la réflexion aux actions : La première action se déroule à l'extérieur de l'imprimante à jet d'encre, un nettoyage humide libère la surface du carton d'arrivée des contaminants, tels que les particules et la contamination organique. La deuxième action consiste à s'assurer que l'environnement interne de l'imprimante a au moins la norme ISO 5 (classe 100). L'absence d'êtres humains dans l'environnement interne simplifie la conception fonctionnelle de cette spécification, car ils constituent la plus grande source de particules. En outre, cette spécification implique qu'un flux d'air propre, lent et homogène, soit présent à tout moment. Ce flux, associé à une conception et à un mouvement appropriés de la tête d'impression, produit des courants d'air prévisibles à l'endroit où la tête d'impression projette les gouttes.

Le solide (substrat) se présente sous plusieurs formes. Les stratifiés et le cuivre sont de loin les plus courants et font donc l'objet du présent document. Cependant, la finition dorée occasionnelle ou le substrat en polyimide suivent des considérations similaires. Hélas, la conception du produit fixe ces matériaux et leur topographie. L'idée d'accommoder un angle de contact favorable en les remplaçant est irréalisable. Cependant, le seul point d'attention est la surface où la goutte atterrit. Les propriétés générales des composants du substrat peuvent rester les mêmes tandis que la surface acquiert les propriétés souhaitées grâce à des prétraitements. Jusqu'à présent, l'industrie des circuits imprimés a amélioré l'adhérence avec des prétraitements de surface. En outre, l'impression à jet d'encre exige une bonne correspondance avec l'encre de manière uniforme sur toute la carte. L'habileté du fabricant serait d'exiger une telle concordance de la part de son fournisseur de produits chimiques de prétraitement et de disposer d'installations chimiques par voie humide capables de fournir l'uniformité requise. Les prétraitements existants, qu'ils soient commercialisés ou en phase de développement, sont de deux types : soit ils s'intéressent au cuivre et s'attachent à éviter les bavures (la tendance à former un angle de contact presque nul), soit ils s'intéressent à l'ensemble de la planche et préparent une surface homogène indépendamment du matériau sous-jacent, qu'il s'agisse d'un stratifié ou d'un cuivre.

La première laisserait à la technologie du jet d'encre la tâche de compenser les différences d'angle de contact entre, par exemple, le stratifié et le cuivre. Des entreprises proposent aujourd'hui cette technologie (exemples dans l'ordre alphabétique : Atotech et MEC COMPANY LTD). La deuxième option de prétraitement, avec sa complexité interne supplémentaire, facilite la tâche de mise en forme de l'impression par jet d'encre. Des sociétés telles que Taiyo proposent de tels prétraitements. Dans cette phase initiale de la technologie d'impression à jet d'encre pour les masques de soudure, un vainqueur clair pour la stratégie de prétraitement n'est pas encore apparu. En effet, une coopération récente entre deux fournisseurs de matériaux a été annoncé. De nombreuses collaborations entre fabricants d'encres, fournisseurs de prétraitement et fournisseurs d'équipements sont en cours. C'est une bonne nouvelle : la prise de conscience est au bon niveau dans la chaîne d'approvisionnement en matériaux.

Le liquide est un matériau unique. Un exercice intéressant consiste à décrire les propriétés communes des matériaux : La viscosité du masque de soudure imprimable par jet d'encre est faible, inférieure à celle du masque de soudure traditionnel. À température ambiante, l'encre aurait une viscosité un peu plus élevée que le lait et un peu plus faible que l'huile de lin. Leur rhéologie fait intervenir d'autres caractéristiques d'écoulement telles que la thixotropie. Les encres pour jet d'encre sont généralement des liquides newtoniens, contrairement au masque de soudure standard qui est pseudo-plastique (fluidification par cisaillement). Leurs charges sont, si elles sont présentes, d'un ou deux ordres de grandeur plus petites que dans le masque de soudure traditionnel. Le photo-initiateur intégré permet une polymérisation rapide et complète du matériau. Enfin, la dernière macro-propriété notable est la quantité de composants organiques volatils (COV) qui est proche de zéro ou nulle selon la marque et le type. Cette dernière propriété est à la base du principe de respect de l'environnement de ces matériaux. Pour être clair, il n'y a pas que les COV qui sont faibles, l'absence d'étapes d'imagerie et de développement sont des avantages évidents dans le faible impact environnemental de l'impression à jet d'encre.

Après quelques années de travail étroit avec plusieurs fournisseurs de matériaux pour jet d'encre, mon opinion est que leur feuille de route sera similaire. Tout d'abord, ces fournisseurs s'efforceront de finaliser la liste de conformité dans le cadre de la norme IPC-SM-840 et d'autres normes définies par les clients ; certains fournisseurs sont très en avance et d'autres préparent leur coup de départ. Ensuite, chacun d'entre eux reconnaîtra la force du ou des matériaux qu'il a développés et explorera jusqu'où ils peuvent aller. Je n'exclus pas l'encre universelle.

Les exemples qui concernent l'impression par jet d'encre peuvent être les suivants : angles de contact stables et élevés pour les caractéristiques plus fines, empilabilité pour les caractéristiques à rapport d'aspect élevé, aspect allant au-delà de la couleur (niveaux de matité/brillance) pour favoriser le placement automatique des composants optiques, combinaison de propriétés électriques accordées et contrôle de l'épaisseur tel que fourni par le jet d'encre pour les applications RF extrêmes (5G et futures radiofréquences), viscosité extrêmement faible à des fins de sous-remplissage, etc.

Donc, vous êtes resté avec moi jusqu'ici, et maintenant vous voulez votre réponse : Quel est le meilleur choix pour mon masque de soudure à jet d'encre ? Ce n'est pas le rôle de cette chronique de faire des préférences commerciales explicites. Mon objectif est plutôt de fournir un guide intemporel sur la manière d'évaluer un matériau et son fournisseur. L'une des caractéristiques essentielles d'un fournisseur d'encre sérieux est sa capacité (interne) à mettre en œuvre l'impression par jet d'encre, que ce soit à l'échelle du laboratoire ou à un niveau pilote. Ce n'est que de cette manière que le fournisseur d'encre comprendra les besoins et les défis de ses clients lorsqu'ils mettent en œuvre cette technologie pour la première fois. Les fournisseurs d'équipements ont également un rôle de soutien, bien qu'un langage commun soit la base d'une bonne communication. Une autre caractéristique est la manière dont ils intègrent le jet d'encre dans leur feuille de route. Le matériel d'impression à jet d'encre est-il un produit supplémentaire sur leur brochure ou une technologie de base qui remplacera un jour leur cheval de bataille actuel ? Enfin, comment se positionnent-ils sur le marché ? À ma connaissance, plus d'une poignée de fournisseurs d'encre ont des solutions commerciales (dans l'ordre alphabétique : Agfa, Electra Polymers Ltd, MicroCraft K.K, Peters Group, Shenzhen RongDa Photosensitive Science & Technology Co. Ltd. et Taiyo America) et plusieurs autres fournisseurs de matériaux envisagent de passer du développement à la commercialisation. La scène s'élargit donc, ce qui favorise le progrès de la technologie.

Les trois états de la matière sont maintenant terminés, même si la discussion menée jusqu'ici reposait sur une hypothèse : l'équilibre de l'angle de contact se produit bien avant tout mécanisme de solidification par polymérisation et réticulation induite par la lumière UV. Pendant le temps qui s'écoule entre la formation de l'angle de contact et le mécanisme de solidification, soit environ une centaine de microsecondes, l'élément imprimé élargit son front de quelques micromètres. L'équipement à jet d'encre traite cette information sur le matériau. Cette connaissance est la touche finale pour obtenir la taille de l'élément exactement comme prévu. Cela fait partie de l'art du "what you see is what you get".

Cet article a abordé plusieurs aspects détaillés des matériaux utilisés dans l'impression à jet d'encre. La chaîne d'approvisionnement n'en est qu'à ses débuts, mais les années critiques d'incertitude initiale sont passées. Les fabricants de PCB intéressés trouveront un bon niveau de compétence indépendamment du fournisseur de leur choix.

Luca Gautero est chef de produit chez SUSS MicroTec (Netherlands) B.V. 

SUSS MicroTec SE et SET Corporation SA annoncent un partenariat dans le domaine du collage hybride séquentiel de puce à puce (D2W), une technologie d'interconnexion basée sur la puce. Dans le cadre de ce partenariat, SUSS MicroTec et SET fourniront aux clients une solution d'équipement entièrement automatisée, personnalisable et à haut rendement. Cette solution accélérera le chemin de l'industrie vers des solutions avancées de multi-disques 3D telles que la mémoire empilée et l'intégration de chiplets.

Garching, Allemagne et Saint-Jeoire, France, le 1er septembre 2021 - SUSS MicroTec, un fournisseur leader d'équipements et de solutions de processus pour l'industrie des semi-conducteurs, annonce un accord de développement conjoint (JDA) avec SET, un fournisseur leader de flip-chip bonders de haute précision. L'objectif principal du JDA est le développement d'une solution d'équipement de collage hybride de puce à puce séquentielle entièrement automatisée, personnalisable et à haut rendement, en combinant l'expertise de SUSS MicroTec dans la préparation de surface automatisée compatible FEOL des tranches et des puces singulières qui sont peuplées sur une tranche ou un cadre et la technologie de positionnement de puce de très haute précision de SET, qui sera encore améliorée par une métrologie de haute performance qui offre une rétroaction en boucle fermée au système de collage.

À l'heure où la mise à l'échelle traditionnelle des transistors approche de ses limites, le packaging 3D et l'intégration hétérogène ont déjà été largement adoptés dans l'industrie afin d'augmenter encore les performances et les fonctionnalités des dispositifs semi-conducteurs actuels. Cependant, les schémas d'encapsulation 2,5D et 3D actuels sont limités par la densité d'interconnexion minimale que la technologie traditionnelle des microbosses peut offrir. Le collage hybride résout ce problème en liant le contact direct entre deux plots métalliques (principalement en cuivre) et les diélectriques environnants en une seule étape de collage. Cette approche de liaison sans contact permet d'obtenir des pas beaucoup plus petits et une densité d'interconnexion plus élevée, qui sont les facteurs clés pour les futures générations de solutions multi-puces.

L'augmentation de la densité d'interconnexion est motivée par un certain nombre d'applications à croissance rapide, notamment l'informatique de puissance, l'intelligence artificielle (par exemple, la conduite autonome), la téléphonie mobile 5G, ainsi qu'une variété d'autres dispositifs More-than-Moore tels que les capteurs d'images CMOS de nouvelle génération. Afin d'obtenir des rendements élevés pour les dispositifs à haute densité d'interconnexion, les clients ont besoin non seulement de solutions de placement de puce ultra-précises, mais aussi d'une activation de surface fiable et d'un processus garantissant des surfaces exemptes de particules.

Dans le cadre de ce partenariat, les modules de préparation de surface à haut rendement de SUSS MicroTec et les solutions de métrologie optimisées en termes de débit pour la vérification du recouvrement post-collage seront combinés à la dernière plateforme de collage hybride D2W ultra-haute précision de SET. Le retour d'information en boucle fermée entre la métrologie et le module de soudage de puces permettra de surveiller et d'optimiser en permanence les performances du recouvrement, permettant une précision constante du placement des puces en dessous de 200 nm ainsi que des échelles de pas d'interconnexion dans la région submicronique. Le concept d'équipement modulaire et hautement flexible permet une préparation de surface et un collage hybride autonomes, ainsi qu'une solution d'équipement entièrement intégrée, en fonction de l'application spécifique et/ou des exigences du client. Ce concept permet également une approche groupée intégrée qui peut prendre en charge toutes les voies de collage hybride individuelles sur une seule plate-forme : wafer-to-wafer (W2W), die-to-wafer collectif (CoD2W) et/ou die-to-wafer séquentiel (D2W).

Goetz M. Bendele, PhD, CEO de SUSS MicroTec, met cela en perspective : "Le collage hybride est l'un des principaux moteurs de croissance de l'espace des équipements back-end avancés pour semi-conducteurs, ainsi que l'un des principaux leviers de croissance pour SUSS MicroTec. Grâce à notre partenariat avec SET, nous serons en mesure d'offrir à nos clients une suite complète de solutions de collage hybride, à la fois die-to-wafer et wafer-to-wafer, pour le plus large éventail d'applications d'intégration hétérogène dans l'espace backend avancé. Notre solution de collage die-to-wafer, qui s'appuie sur la combinaison de la technologie de pointe de SET pour le placement des puces et des capacités éprouvées de SUSS en matière d'activation de surface, d'automatisation et de métrologie, apportera une valeur ajoutée supplémentaire à nos clients grâce à une différenciation en termes de débit et de rendement, tout en permettant une intégration sans friction dans les sites de fabrication de nos clients."

Pascal Metzger, PhD, PDG de SET : " Grâce à plusieurs partenariats que nous avons eus & à notre expérience de plus de 10 ans dans le collage hybride, nous avons réussi à faire passer le collage hybride d'un état purement laboratoire à un état industriel. Ainsi, en septembre 2019, SET a lancé une machine autonome - la NEO HB. Grâce à notre nouveau partenariat avec SUSS MicroTec, nous allons maintenant accélérer la phase d'intégration et d'automatisation du processus. Cela permettra de fournir une solution industrielle complète à nos clients, pour des applications à venir dans un futur très proche telles que le HPC, l'IA, la 5G et bien d'autres encore, afin de diversifier notre offre et d'adresser de nouveaux segments de marché."

Pour plus de détails sur le collage hybride chez SUSS MicroTec, veuillez visiter notre site web : https://www.suss.com/hybrid-bonding

À propos de SUSS MicroTec
SUSS MicroTec est un fournisseur leader d'équipements et de solutions de processus pour la microstructuration dans l'industrie des semi-conducteurs et les marchés connexes. En étroite collaboration avec des instituts de recherche et des partenaires industriels, SUSS MicroTec contribue à l'avancement des technologies de nouvelle génération telles que l'intégration 3D et la lithographie par nanoimpression, ainsi que des processus clés pour la fabrication de MEMS et de LED. Avec une infrastructure globale pour les applications et le service, SUSS MicroTec soutient plus de 8.000 systèmes installés dans le monde entier. Le siège social de SUSS MicroTec est situé à Garching près de Munich, en Allemagne. Pour plus d'informations, veuillez visiter www.suss.com

À propos de SET
Fondée en 1975, basée en France, SET est un fournisseur leader mondial de flip-chip bonders de haute précision (chip-to-chip et chip-to-wafer) et de solutions polyvalentes de Nanoimprint Lithography (NIL). SET accompagne les laboratoires et industries du semi-conducteur, qui recherchent une haute précision et une importante fiabilité dans l'assemblage de leurs composants dans leurs projets, et accélèrent leurs développements des puces du futur. Avec des équipements installés dans le monde entier, SET est mondialement reconnue pour la précision inégalée et la flexibilité de ses colleuses de flip-chip. Allant du chargement manuel à la version entièrement automatisée, ils s'adaptent à toutes les principales techniques de collage : refusion sans flux, thermo-compression, compression de jointure adhésive, thermosonique, collage hybride. www.set-sas.fr