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Processus de fabrication de nos mémoires

Vous êtes-vous déjà demandé comment était fabriqué un module de mémoire ? Découvrez ici les coulisses de notre processus rigoureux de fabrication de mémoire et ce que nous faisons pour vous garantir un produit de qualité supérieure.

Partie 1 : Du silicium à la tranche finie

Les puces mémoire sont des circuits intégrés sur chacune desquelles doivent être formés divers transistors, résistances et condensateurs. Au départ, ces circuits intégrés sont du silicium, généralement extrait du sable. La transformation du silicium en puces mémoire est un processus exigeant et méticuleux faisant intervenir des ingénieurs, des métallurgistes, des chimistes et des physiciens.

Les mémoires sont fabriquées dans un grand complexe appelé usine de fabrication de puces, qui compte de nombreuses salles blanches. Les puces mémoire semi-conductrices sont fabriquées dans des salles blanches car les circuits sont si petits qu’une infime quantité de poussière suffit à les endommager. L'usine principale de Micron, à Boise, est implantée sur 548 640 m² et dispose de salles blanches de classes ISO 3 et ISO 4. Dans une salle blanche de classe ISO 3, le nombre de particules de poussière dans un mètre cube d’air est inférieur à 1. Par comparaison, la quantité de particules dans un hôpital propre et moderne est d’environ 10 000 particules par mètre cube d’air. Dans une salle blanche, l'air est filtré et circule en continu. L'équipe de production portent des bonnets et des blouses spéciaux, ainsi que des masques pour empêcher l'introduction de particules dans l'air.

Étape 1 : Lingots de silicium
La première étape de transformation du silicium en circuit intégré est la formation d'un cylindre, ou d’un lingot, monocristal, pur, en silicium, d'un diamètre de 15 à 20 cm. Une fois formés, les lingots de silicium sont découpés en tranches minces, hautement polies, de diamètre 15 ou 20 cm et d’une épaisseur inférieure à un 15ème de centimètre. Les éléments du circuit de la puce (transistors, résistances et condensateurs) sont ensuite élaborés par couches sur la tranche de silicium. Les circuits sont mis au point, testés par simulation et perfectionnés via des systèmes informatiques avant d’être effectivement fabriqués. À l'issue de la conception, des photomasques en verre sont fabriqués, un pour chaque couche du circuit. Les photomasques sont des plaques opaques perforées ou pourvues de transparences qui permettent à la lumière de traverser un motif spécifique. Ces masques sont primordiaux pour l'étape de fabrication suivante, la photolithographie.

Étape 2 : Photolithographie
Dans une salle blanche stérile, les tranches sont exposées à un procédé de photolithographie qui se déroule en plusieurs étapes et s'applique à chaque masque nécessaire à la fabrication du circuit. Les masques (a) définissent différentes parties d’un transistor, d’un condensateur, d’une résistance ou d’un connecteur qui, ensemble, forment le circuit intégré et (b) définissent le motif des circuits de chaque couche constituant le composant.

Au début du processus de production, les tranches de silicium vierges sont couvertes d'une couche fine de verre puis d'une couche de nitrure. La couche de verre se forme par exposition de la tranche de silicium à de l’oxygène, à des températures de 900 °C, pendant au moins une heure, en fonction de l’épaisseur de couche requise. Le verre (dioxyde de silicium) se forme lorsque le silicium contenu dans la tranche est exposé à l’oxygène. À des températures élevées, cette réaction chimique (appelée oxydation) se produit à un rythme très rapide.

Étape 3 : Application d'un photorésistant
Ensuite, la tranche est uniformément recouverte d’un liquide épais et photosensible appelé photorésistant. Seules certaines parties de la tranche y seront exposées, en plaçant soigneusement un masque entre une source de lumière ultraviolette et cette tranche. La lumière traverse les zones transparentes du masque et le photorésistant y est exposé.

La lumière ultraviolette entraîne la modification chimique du photorésistant. Une solution révélatrice permet alors de retirer de la tranche le photorésistant exposé pour ne laisser que le photorésistant non exposé. Le processus de photolithographie/d'application du photorésistant est réitéré pour chaque masque du circuit.

Étape 4 : Gravure
À l'étape de la gravure, de l'acide humide ou du plasma à gaz sec est appliqué sur la tranche dans le but de retirer la partie de la couche de nitrure non protégée par le photorésistant renforcé. Cela laisse sur la tranche un motif en nitrure de la forme exacte du masque. Après le retrait (nettoyage) du photorésistant renforcé au moyen d'un autre produit chimique, des centaines de puces mémoire peuvent être gravées sur la tranche.

Partie 2 : Stratification de la tranche et achèvement du circuit

Dans la partie 1 du processus de fabrication, tous les éléments du circuit (transistors, résistances et condensateurs) sont montés pendant les opérations de masquage initiales. Les étapes suivantes visent à assembler les éléments entre eux en créant une succession de couches.

Étape 5 : Stratification d'aluminium
De manière à initier l'assemblage des éléments du circuit entre eux, une couche de verre isolante (appelée BPSG) est déposée sur la tranche et un masque de contact définit les points (ou fenêtres) de contact de chaque élément du circuit. Après la gravure des fenêtres de contact, l’ensemble de la tranche est recouverte d’une mince couche d’aluminium. Cette opération est réalisée dans une chambre de pulvérisation. Lorsqu'un masque métallique est appliqué sur la couche d'aluminium, un réseau de fines connexions métalliques ou de fils se forme, créant ainsi une voie sur le circuit.

Étape 6 : Application d'une couche de passivation
L’ensemble de la tranche est recouverte d’une couche isolante de verre et de nitrure de silicium la protégeant de la contamination lors de l’assemblage. Cette couche de protection est appelée couche de passivation. Un masque final, ainsi qu'un processus de gravure et de passivation s'ensuivent. Le matériau de passivation est retiré de bornes appelées plots de connexion. Les plots de connexion assurent la liaison électrique des pastilles aux broches métalliques du boîtier en plastique ou en céramique. Dès lors, le circuit intégré est prêt.

Avant que la tranche passe à l'étape d'assemblage des pastilles, chacun de ses circuits intégrés est testé. Les puces fonctionnelles et non fonctionnelles sont identifiées et mises en correspondance dans un fichier de données informatique. Ensuite, une scie à diamant découpe la tranche en puces individuelles. Les puces non fonctionnelles sont mises au rebut et les puces restantes sont prêtes pour l'assemblage. Ces puces individuelles sont appelées pastilles.

Avant d’être encapsulées, les pastilles sont montées sur des grilles de connexion reliées aux plots de connexion via des pattes dorées afin de créer un chemin électrique entre les pastilles et les contacts de connexion.

Partie 3 : Préparation des pastilles et essais

Dans la partie 2 du processus de fabrication, le circuit intégré a fabriqué et la tranche finie découpée en pastilles. Les étapes suivantes consistent à préparer la pastille à être utilisée sur des modules finis..

Étape 7 : Encapsulation
Pendant l’encapsulation, les grilles de connexion sont placées sur des plaques de moulage puis chauffées. Du plastique fondu est appliqué autour de chaque pastille pour former son boîtier individuel. Le moule est ensuite ôté ; les grilles de connexion sont retirées et nettoyées.

Étape 8 : Électroplastie
L’électroplastie est l’étape suivante durant laquelle les grilles de connexion encapsulées sont « chargées » puis plongées dans un bain de plomb et d’étain. Les ions d'étain et de plomb sont alors attirés vers les grilles de connexion chargées électriquement ; ce qui créé un dépôt plaqué uniforme qui augmente la conductivité de la pastille et fournit une surface régulière et propre sur laquelle la pastille peut être montée.

Étape 9 : Découpe et formage
Lors de la découpe et du formage, les grilles de connexion sont placées dans des machines prévues à cet effet dans lesquelles les pattes sont formées puis les puces détachées des grilles. Chaque puce est ensuite placée dans des tubes antistatiques pour être manipulée et transportée vers la zone de tests où elle subit les derniers contrôles.

Étape 10 : Essais de rodage
Pendant cette étape, chaque puce est soumis à des essais visant à tester son fonctionnement sous contrainte accélérée. Les essais de rodage sont fondamentaux pour la fiabilité du module. Le fait de tester les modules sous contrainte accélérée nous permet d'écarter de chaque lot les quelques modules qui dysfonctionnent après un usage minimal. Pour mener ces essais, nous utilisons des fours AMBYX, produits phares du secteur spécialement conçus à cet effet par nos ingénieurs. Après que les puces de mémoire ont réussi les essais de rodage, elles sont contrôlées, scellées et prêtes pour l'assemblage.

Étape 11 : Assemblage et fabrication de la CCI
Une fois que les puces mémoire sont fabriquées, il faut encore les relier à la carte mère de votre ordinateur. C'est le rôle de la Carte de Circuit Imprimé (CCI) qui fait office d'intermédiaire de connexion entre les puces et votre carte mère. Pour réaliser cette opération, des puces sont montées sur une Carte de Circuit Imprimé (CCI). Le produit obtenu est un module de mémoire fini.

Les CCI sont fabriquées en matrices ou en plaques, qui contiennent plusieurs cartes identiques. Après l’assemblage, la matrice est séparée en modules individuels, comme peut l’être une tablette de chocolat en carrés plus petits. En modifiant le nombre total de CCI sur chaque matrice selon un critère de taille, Micron maximise le nombre de modules fabriqués à partir d’une certaine quantité de matières premières.

Partie 4 : Assemblage du module

Dans la partie 3 du processus de fabrication, la pastille et la CCI ont été préparées pour l'assemblage final du module. Les dernières étapes concernent le processus d'assemblage du module.

Étape 12 : Sérigraphie
Une fois que le module est formé et que les CCI sont fabriquées, l’assemblage du module de mémoire débute ! L’assemblage nécessite une procédure de soudure complexe visant à fixer les puces mémoire sur la CCI. La première étape est la sérigraphie.

Grâce à un pochoir, de la pâte à braser est sérigraphiée sur la CCI finie. La pâte à braser est une substance adhérente qui maintient les puces en place sur la CCI. Le pochoir permet de s’assurer que la pâte à braser est déposée uniquement là où les composants (puces) seront fixés. Les repères facilitent la localisation des points de fixation puisque ce sont des marques sur la CCI qui déterminent l'emplacement des puces.

Après application de la pâte à braser, des machines d'assemblage « bras-transfert » automatisées balayent les repères pour savoir où placer les puces sur la CCI. Ces machines étant programmées dans ce but, lorsqu'elles prélèvent une puce dans le chargeur et la déposent sur la CCI, elles savent exactement où la placer. Le même processus de placement se répète pour toutes les puces restantes et pour tous les autres composants du module. De toutes les étapes de fabrication de la mémoire, c'est la plus rapide : les puces sont placées sur une CCI finie en seulement quelques secondes !

Étape 13 : Soudure et connexion
Ensuite, les puces et les cartes assemblées passent dans un four. La pâte à braser se liquéfie sous l'effet de la chaleur. Elle se solidifie en refroidissant ; reliant ainsi de manière définitive les puces de mémoire et la CCI. La tension de surface de la pâte fondue évite le mauvais alignement des puces pendant ce processus.

Une fois que les puces sont fixées, la matrice est divisée en modules individuels. Les membres de l’équipe Micron vérifient de visu chaque module. De nombreux modules font également l’objet de contrôles supplémentaires grâce à du matériel à rayons X automatisé, dans le but de s’assurer que toutes les connexions ont été correctement soudées. Tous les modules de mémoire Micron répondent aux critères d’acceptation de la norme industrielle reconnue mondialement IPC-A-610.

Étape 14 : Essais de qualité postérieurs à l'assemblage
Ensuite, Micron teste et marque les modules. Nous utilisons du matériel sur mesure pour tester automatiquement leurs performances et leur fonctionnalité. Ainsi, toute possibilité qu’un opérateur place par inadvertance un module défectueux dans les modules conformes est éliminée. Certains modules intègrent une « plaque d’identité » que votre PC reconnaît et lit.

Étape 15 : Expédition
Avant leur expédition aux fabricants informatiques et aux consommateurs, une part statistiquement significative des modules finis est choisie au hasard afin de subir un dernier contrôle qualité. Une fois que les modules sont approuvés, ils sont placés dans sur des plateaux ou dans des sacs en plastique antistatiques puis ils sont préparés pour l'expédition. Après un long processus de fabrication, votre mémoire est prête à être utilisée. Elle a été rigoureusement testée et homologuée !

2 façons de trouver votre mémoire

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Outil Scanner system
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