Substrat en verre, forte dynamique !

En tant que substrat d'emballage, les avantages de Verre sont très évidentes. Sa surface est très plane et son coefficient de dilatation thermique est inférieur à celui des substrats organiques, ce qui simplifie le processus de lithographie.

Ce n'est qu'un début. Le problème croissant de déformation des boîtiers multi-puces a été considérablement amélioré. Les puces peuvent être collées par mélange sur la pastille de redistribution en verre. De plus, comparé avec Le substrat de mouvement, le substrat en verre, offre des pertes de transmission extrêmement faibles pour les dispositifs haute fréquence et haute vitesse.

Pire encore, le développement des interposeurs en silicium et des substrats de mouvement ralentit. Le verre est bien moins coûteux que les interposeurs en silicium, avec une réduction de 50 % de la déformation et une amélioration de 35 % de la précision de positionnement. Il est ainsi plus facile de réaliser des couches de redistribution (RDL) avec des largeurs de ligne et des espacements inférieurs à 2 microns, ce qui est difficile avec les substrats de mouvement. De plus, la transparence du verre aux longueurs d'onde de communication permet d'intégrer le guide d'ondes dans une structure en verre empilé pour les applications 6G. Le verre ultra-mince (moins de 100 microns) se prête facilement à la fabrication de grandes dimensions, jusqu'à 700 x 700 mm.

Le verre (généralement du verre borosilicaté ou du verre de quartz) offre une grande flexibilité d'utilisation. Il peut servir de support, de substrat pour composants intégrés, de matériau d'empilement 3D ou encore de cavité étanche pour capteurs et MEMS. Sa conductivité thermique supérieure à celle des matériaux organiques lui permet de dissiper plus efficacement la chaleur des dispositifs actifs. Son coefficient de dilatation thermique (CTE) ajustable entre 3 et 10 ppm/°C assure une meilleure compatibilité avec les circuits imprimés en silicium d'entrée de gamme ou haut de gamme.

Le verre offre également d'excellentes performances dans les applications à haute fréquence. Grâce à sa constante diélectrique bien inférieure à celle du silicium (2,8 contre 12) et à sa tangente de perte plus faible, les pertes de transmission sont plusieurs ordres de grandeur inférieures, ce qui améliore considérablement l'intégrité du signal.

Au fil des ans, le verre, en tant que matériau de substrat d'encapsulation de nouvelle génération, a suscité un vif intérêt dans l'industrie grâce à ses nombreux avantages. L'une de ses caractéristiques clés est sa capacité à atteindre une densité d'interconnexion élevée et un câblage RDL inférieur à 2 µm. « Avec le développement fulgurant de l'intelligence artificielle ces deux dernières années, la nécessité de réduire la densité de câblage afin d'accroître la vitesse des communications internes des SiP est devenue un axe majeur de la recherche et du développement en matière d'encapsulation de circuits intégrés », a déclaré Frank Wei, responsable technique chez Disco Hi-Tec America.

Cependant, tout n'est pas parfait. Les microfissures sont difficiles à éviter lors de la découpe du verre (monochialisation), et la difficulté de fabriquer en série des milliers de trous traversants (TGV) à pas fin a également empêché le verre d'atteindre son plein potentiel. Intel a investi massivement dans les substrats de verre au cours de la dernière décennie et a confirmé en début de mois qu'elle poursuivait ses projets dans ce domaine. Malgré les obstacles à la fabrication, la perspective d'une meilleure qualité des puces pour le calcul haute performance et l'intelligence artificielle stimule son développement rapide, comme l'ont confirmé la conférence ECTC 2025 et d'autres réunions récentes. Les chercheurs ont réalisé des progrès dans les domaines suivants :

Verre empilé, débit de données >100 GHz ;

La gravure TGV a été réalisée par modification laser et gravure HF ;

Gravure laser directe, aucune gravure ultérieure n'est requise ;

Fabrication de TGV avec 6 µm, rapport d'aspect >15 ;

La couche accumulée est progressivement réduite à l'interface de séparation afin d'éviter la casse du verre.

Les entreprises de l'écosystème du verre se préparent à la croissance continue de la taille des puces et des substrats dans les technologies d'encapsulation multi-puces avancées et ont réalisé des progrès significatifs. La gravure haute fréquence après modification laser est la principale méthode de formation des trous traversants dans le verre, de formes et de dimensions variées. Cependant, si le procédé permet d'obtenir la forme de trou traversant requise pour le remplissage ultérieur en cuivre, la gravure laser directe à l'aide d'un laser excimère constitue une option plus respectueuse de l'environnement.