Développement d'une formulation à base de nanocubes d'argent pour l'interconnexion de composants électroniques par frittage basse température

Abstract

Le packaging des composants à semi-conducteurs représente aujourd'hui une part importante de la rechercheet du développement de microsystèmes électroniques. Les composants fabriqués sont de plus en plus performantsen terme d'exécution de calcul et le packaging doit s'adapter afin de ne pas être un frein au transfert de données.L'ensemble des études vise à améliorer les performances électriques et thermomécaniques tout en tenant comptedu contexte environnemental actuel qui vise à limiter de substances nocives pour l'homme et l'environnement.Pour cela, de nouveaux procédés d'intégration de puces semi-conductrices sur substrat diélectrique sontdéveloppés. Parmi les technologies d'intégration récemment envisagées, le frittage est un procédé très prometteur.Il permet, en effet, de réaliser une jonction métallique dense à des températures suffisamment basses pourl’électronique. Le frittage de micro- et/ou nanoparticules d'argent est le plus connu au regard de ses excellentespropriétés mécaniques, thermiques et électriques. Des particules de dimension nanométrique peuvent être, en effet,densifiées, à l'aide d'un traitement thermique dont la température est bien inférieure à la température de fusion del'argent massif, en quelques heures, avec ou sans application d'une contrainte. Cette approche est commercialiséesous forme de pâte à fritter, dont le dépôt peut être effectué par sérigraphie ou dispense. Dans cette étude, nousexplorons comment la morphologie des particules d’argent permet d’abaisser la température de frittage.Ce travail repose sur le développement d’une pâte à fritter, constituée de nanocubes d’argent calibrés en taille,pour l’intégration de semi-conducteurs à basse température. Des nanocubes d’argent de tailles diverses ont étépréparés, par synthèse colloïdale, en milieu polyol ou aqueux. Leur stabilité thermique a été examinée, à l’échelled’un objet unique et d'une collection de particules. L'élaboration de pâtes concentrées en nanocubes d’argent apermis de diminuer significativement la température du procédé. Des essais de frittage ont été menés dansdifférentes configurations: système ouvert ou fermé, ainsi qu’au sein d’un démonstrateur électrique. Lamorphologie cubique accroit la réactivité des particules au niveau des coins et des arêtes et favorise uneorganisation compacte des objets avant l’étape de frittage. Cela augmente leur surface de contact et le processusde frittage entre particules voisines. Ainsi, les pâtes fabriquées à base de nanocubes permettent de réaliser desinterconnexions métalliques à plus basse température que les technologies actuellement sur le marché.