Tecnología 3D

Una “caja de herramientas » para la integración de tecnologías 3D en el CEA.
http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/67554.htm
Muchos aparatos que nos rodean cotidianamente contienen chips electrónicos, muy
variados. Estos chips son fabricados en serie sobre wafers, es decir placas de silicio,
recortadas después para fabricar en ellas procesadores, memorias stand-alone y
componentes programables. Gracias a los avances constantes logrados en la fineza
de los grabados, la industria microelectrónica desarrolla circuitos cada vez más
potentes y cada vez menos costosos, como lo ha predicho la ley de Moore. Aún falta
que el transistor, motivo de base de la microelectrónica, sigua siendo fabricado sobre
una misma superficie plana, es decir en dos dimensiones. De ahí la idea de ampliar
los componentes electrónicos, sobreponiendo chips y/o wafers unos sobre otros y
estableciendo conexiones eléctricas cortas entre sus componentes directamente a
través de diferentes capas. Una alternativa llamada “3D” que va a permitir reducir
más los costos y aumentar significativamente los beneficios globales de los circuitos,
al mismo tiempo que reduce su consumo energético. En Grenoble, al seno de los
equipos del CEA/Leti (Comisariado de Energía Atómica/Laboratorios de Electrónica
y Tecnologías de la Información), los investigadores trabajan activamente en estos
prometedores desarrollos.
Un 3D que moviliza 140 investigadores e ingenieros.
En el CEA/Leti, alrededor de 140 investigadores e ingenieros están dedicados hoy a
esta alternativa 3D, trabajando al mismo tiempo en los aspectos de concepción de
chips, integración de procesos y desarrollos específicos. Estos últimos tratan por
ejemplo sobre la manera más eficaz para manipular los wafers más finos que ya no
tienen la misma rigidez. Para sacar adelante este desafío los equipos grenobleses
del CEA, como lo han hecho siempre, colaboran estrechamente con los fabricantes
de materiales y de equipos de microelectrónica. Se trata de hecho de estar seguros
que estos procesos serán transferidos al medio industrial y que los socios
industriales del CEA podrán beneficiar de una cadena industrial completa. Para los
equipos grenobleses se trata también, de trabajar en diferentes escenarios de
integración, el objetivo es probar la funcionalidad de los demostradores y las
ventajas que presentan, sobre todo en términos de costos y de consumo, dicho de
otra forma demostrar que el avance es económicamente viable.
Es en este contexto que el CEA/Leti ha implementado una “caja de herramientas”
específica para la integración 3D. “Nuestro objetivo es proponer filiales genéricas
completas adaptadas a diferentes categorías de necesidades industriales, a partir de
etapas elementales de fabricación por combinar y adaptar”, explica la dirección del
Leti. Para cada una de las tecnologías desarrolladas, los investigadores grenobleses
miden la maduración de los procesos con la ayuda de una escala de cinco niveles,
yendo de la demostración técnica del proceso a la transferencia a la industria,
pasando por la validación del funcionamiento eléctrico del proceso en un dispositivo
de prueba, la demostración técnica del proceso en forma de componente integrado y
el prototipo industrial. Hasta este último nivel es al que generalmente llegan los
componentes 3D concebidos y realizados por los equipos del Leti, la transferencia
industrial se hace dependiendo el caso con cada solicitante en la industria.
Cámara para teléfono celular, primer ejemplo de componente que utiliza las
tecnologías 3D
Al seno del departamento de optrónica del CEA-Leti, los investigadores trabajan en
el desarrollo de tecnologías con miras de aplicarlas diversamente, entre las cuales
las cámaras que tienen los teléfonos celulares. El objetivo es mejorar la calidad del
tratamiento de la imagen mientras se reduce el costo de las tecnologías utilizadas.
Por ejemplo, optimizando la detección de los fotones, es entonces posible reducir la
talla de los pixeles al mismo tiempo que se disminuye el costo de los capturadores.
Para reducir la talla global del dispositivo, los investigadores del Leti han solicitado
las tecnologías de integración 3D. Igualmente desde 2009, concibieron un módulo
óptico utilizando un bloque tecnológico extraído del 3D.
Recordemos que hasta ahora las cámaras estaban conectadas a circuitos periféricos
con la ayuda de conexiones eléctricas clásicas en 2D. Sin embargo la tecnología
llamada “TSV” o Trough Silicon Via, desarrollada en el Leti, permite la conexión de la
cámara a través de vías que atraviesan el silicio, la conexión ha sido puesta debajo
del chip. Obtenida después por “reflow”, esta conexión es comparable al depósito de
componentes en una tarjeta de soporte. De ahí la posibilidad sobre todo de integrar
más circuitos en un mismo chip, al mismo tiempo que se disminuye el costo de
fabricación, una vez el proceso de industrialización controlado, pero de disminuir
también la talla global del dispositivo incluyendo el bloc óptico, y disponer de
interconexiones más cortas y, por consecuencia agrandar la velocidad de
transmisión de las informaciones más elevadas, lo que permite mantener cadencias
de video cómodas. Desarrollado con éxito para el grupo STMicroelectronis, en una
línea de 20 mm, este proceso de integración de cámaras hoy en día es
industrializado por el mismo grupo industrial, en líneas de 300 mm, para un gran
fabricante europeo de teléfonos celulares.