Study and implementation of laser processes for the development of 3D-System in Package microelectronics

Le 3D-SiP, 3D-System in package, est une branche de la microélectronique visant à intégrer de manière hétérogène divers composants pour obtenir des microsystèmes compacts, pensants et communiquants. Cette thèse a pour objet l'étude de deux procédés laser pour fabriquer des microsystèmes 3D-SiP sur support flexibles. On étudie dans un premier temps l'ablation laser de polymère pour réaliser des cavités dans lesquelles des composants microélectroniques peuvent être placés. On utilise du poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) dopé et greffé avec du pyrène, chromophore absorbant dans l'UV et on montre que, bien que le greffage du chromophore sur les chaînes du polymère améliore l'homogénéité, la qualité de l'ablation est suffisante lorsque le pyrène est simplement dispersé. On modifie également le PMMA avec du N3 pour le rendre réticulable et on constate l'apparition de structures surfaciques périodiques après ablation, dont on explique les mécanismes de formations probables. Dans un second temps, on étudie le dépôt de lignes conductrices par LIFT, Laser-Induced Forward Transfer, technique permettant de transférer par laser un matériau préalablement déposé sur un substrat donneur transparent. On utilise une encre contant des nanoparticules d'argent fusionnant après recuit pour imprimer goutte après goutte des lignes conductrices. On étudie l'éjection et le dépôt d'encre à grande vitesse (0,5 MHz) et on obtient pour la première fois des images d'éjections de plusieurs jets d'encre successifs. On démontre la possibilité d'imprimer des lignes conductrices à la vitesse de 4,3 m/s et on discute les critères clefs pour le contrôle de ce procédé.3D-System in package (3D-SiP) is a branch of microelectronics that aims at integrating several heterogeneous components into the same package, thus forming a compact device able to communicate and process data. The goal of this thesis is to study two laser processes to build 3D-SiP microsystems on flexible substrates. In a first part, we study the laser ablation of cavities in polymer in which microchips can be inserted. We use poly(methyl methacrylate) (PMMA) doped and grafted with pyrene, a chromophore which absorbs in the UV range. We show that grafting the pyrene on the polymer side-chains increases the homogeneity but that the quality of ablation is sufficient when the pyrene is simply dispersed in the matrix. We also modify the PMMA with N3 to make it cross-linkable and we observe the formation of laser-induced periodic surface structures upon laser irradiation. We discuss the mechanism most likely to explain their formation. On a second part, we use the LIFT (laser-induced forward transfer) technique, which uses a laser pulse to print a material deposited on a transparent donnor substrate. Using a silver nanoparticles ink, we deposit droplets that coalesce and form lines. We study the ejection and printing at high speed (0,5 MHz) and we visualize for the first time the ejection of several succesive jets. We show that it is possible to print electrical connections at 4.3 m/s and we discuss the criteria to control the process