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STMicroelectronics : reportage chez un fondeur qui réussit en France

1 : Introduction 2 : Historique du site de Rennes 3 : Les débuts et les évolutions du back-end de Rennes 5 : Des tests très rigoureux 6 : Les opérations du site 7 : Les défis du site de Rennes 8 : Perspectives d'avenir 9 : Conclusion

Processus de sélection exigeants

Le back-end, dans le jargon des fabricants de semiconducteurs, est l’ensemble des étapes de fabrication qui suivent la gravure des transistors sur le wafer de silicium (le front-end). Un die nu ne sert à rien : il doit être protégé et relié au monde extérieur. Pour ce faire le die est soudé dans un boîtier et ses interfaces microscopiques sont connectées à des broches d’une taille plus facilement manipulables.

Rennes reçoit ses wafers d’autres usines STMicroelectronics de par le monde (principalement Singapour, Tours ou Catane), mais ce ne sont pas des wafers ordinaires : ils sont déjà adaptés aux exigences aérospatiales. Le site de Rennes n’a pas de centre de recherche et développement, mais il abrite un expert en radiations qui travaille avec les laboratoires des usines front-end pour concevoir des puces capables de tolérer les rayons ionisants présents dans l’espace (ces mêmes rayons qui seraient responsables du mauvais fonctionnement de la puce mémoire de Curiosity). Elles ont donc fait l’objet de développements et tests spéciaux avant leur sortie des front-end.

Les tests préliminaires de sélection des wafers

Une fois à Rennes, les wafers sont découpés pour séparer les dies. STMicroelectronics prélève ensuite un échantillon de puces qui subira toutes les étapes de fabrication puis sera irradié par des sources de cobalt 60 dans des laboratoires dédiés (pas sur site, l’utilisation d’une source radioactive exigeant un savoir-faire spécifique). Le but est de vérifier que le wafer d’où proviennent ces puces a des performances nominales. En principe, il n’y a pas de problème puisqu’il a été conçu et développé pour satisfaire cette exigence, mais si les résultats ne sont pas satisfaisants, la société va écarter la galette entière.

Le fondeur a mis l’accent sur des critères de sélection très exigeants. Il ne souhaite pas prendre le moindre risque sur un composant qui doit être fonctionnel pendant 15 à 20 ans (la durée de vie d’un satellite dans l’espace). Il préfère donc jeter un wafer entier plutôt que d’avoir un mauvais fonctionnement dans un satellite en orbite ou dans un robot sur mars. 

Image 1 : STMicroelectronics : reportage chez un fondeur qui réussit en FranceExamen des puces au microscope.

Une fois un wafer accepté, il est découpé afin d’isoler chaque puce. Après découpe, chaque puce est examinée au microscope. L’opération implique de nombreuses manipulations, qui limite la cadence de production. Une opératrice peut au mieux trier 140 puces à l’heure soit environ 1 000 puces par jour. C’est une sélection cruelle, car à ce stade, la question n’est même pas de savoir si la puce est fonctionnelle. La simple présence d’un défaut visuel justifie le rejet du die, même s’il est opérationnel. Encore une fois, le fondeur nous a expliqué ne vouloir prendre aucun risque sur le composant qui sera livré.

Une sélection draconienne

S’il y a des rejets, ils sont donc principalement avant l’intégration du die dans le packaging. Les premiers critères de sélections sont si exigeants que les puces qui rentrent dans la chaîne rencontrent rarement des problèmes. Les diverses certifications requièrent néanmoins que des pièces soient retirées du circuit pour tester chaque étape de production.

Image 2 : STMicroelectronics : reportage chez un fondeur qui réussit en FranceDes boitiers céramiques vides et un où vient d’être soudé un die.

Après découpe, la puce est soudée dans un boîtier, son packaging. La bonne qualité de cet assemblage est vérifiée : une partie des puces et prélevée et soumise à un test d’arrachage du die. Le packaging utilisé est différent de celui des composants grand public. Au lieu du plastique, on utilise souvent de la céramique, généralement de l’alumine (Al2O3) ou du nitrure d’aluminium (AlN) ou du métal (acier ou kovar qui est un alliage de fer, nickel et cobalt). Le choix du boîtier dépend principalement du type de puce qu’il abritera. Les dies sans puissance utiliseront un boîtier en céramique. C’est le cas des composants de traitement du signal, par exemple. Les dies qui ont un TDP de quelques watts, comme les composants de puissance qui demandent un courant de 3 A à 5 A et une tension de quelques volts, utiliseront un packaging en métal.

Contrairement aux idées reçues, le choix du packaging ne dépend pas de l’environnement dans lequel va vivre la puce. Qu’il se trouve dans l’espace ou sur une tête de forage à 20 km sous terre, le composant vendu restera identique. Les standards haute fiabilité auxquels sont soumis ces puces leur permettent de fonctionner dans n’importe quelles conditions. Le choix du boîtier dépend donc uniquement des caractéristiques du circuit qu’il abrite.

Image 3 : STMicroelectronics : reportage chez un fondeur qui réussit en FranceSoudure manuelle des fils dans le boitier d’un transistor.

Sommaire :

  1. Introduction
  2. Historique du site de Rennes
  3. Les débuts et les évolutions du back-end de Rennes
  4. Processus de sélection exigeants
  5. Des tests très rigoureux
  6. Les opérations du site
  7. Les défis du site de Rennes
  8. Perspectives d'avenir
  9. Conclusion