Fabrication des microphones : de la conception à l'usage quotidien

Les microphones font partie de notre vie quotidienne. On les trouve dans de nombreuses applications : téléphones, aides auditives, systèmes de sonorisation publique, enregistrement sonore, radios bidirectionnelles, mégaphones, radiodiffusion et télévision. Si largement utilisés qu'on en oublie leur existence.

Autant les microphones sont répandus, autant leur processus de fabrication est complexe. Plongeons pour voir comment ces petits assistants sont fabriqués et améliorent notre monde.

L'image ci-dessous donne une vue d'ensemble.

Voici l'explication détaillée du processus de fabrication.

1. Fonderie de wafers

Un wafer^[1] (aussi appelé tranche ou substrat) est une fine feuille de matériau semi-conducteur, comme le silicium cristallin.

Les wafers servent de substrat pour les dispositifs microélectroniques construits dans et hors du wafer, réalisés par de nombreuses étapes de microfabrication : dopage ou implantation ionique, découpage, barrillage, tranchage, chanfreinage, polissage, gravure laser.

2. Test des wafers

À cette étape, les défauts fonctionnels de tous les circuits intégrés individuels sur le wafer sont testés en appliquant un motif de test spécial avant d'envoyer le wafer au découpage pour préparation.

Le test de wafer est effectué par un dispositif appelé wafer prober. Il existe plusieurs méthodes de référence : Wafer Final Test (WFT), Electronic Die Sort (EDS) et Circuit Probe (CP).

3. Encapsulage (Packaging)

3.1 CMS (SMT)

La technologie de montage en surface (CMS/SMT) est une méthode de fabrication de circuits électroniques où des composants sans broches ou à courtes broches (CMS/CMS) sont montés ou placés directement sur la surface de circuits imprimés (PCI/PCB) ou d'autres substrats.

C'est une technologie d'assemblage de circuits par brasage par refusion ou brasage par trempage. Le processus CMS comprend : impression de pâte sur plots, placement, refusion, montage, nettoyage.

3.2 Collage adhésif

Le collage adhésif (aussi appelé collage ou bonding par colle) désigne la technologie de collage des surfaces d'objets homogènes ou hétérogènes avec des adhésifs, classe de substances organiques/inorganiques, naturelles/synthétiques, offrant une résistance suffisante après durcissement. Quelques adhésifs bien établis comme SU-8 et le benzocyclobutène (BCB) sont spécialisés pour les MEMS ou autres composants électroniques.

3.3 Bonding (assemblage par liaison)

3.3.1 Collage de puce (Die attaching)

Le collage de puce est une étape clé de l'encapsulage. C'est comment la face d'une puce est fixée sur un substrat par une seule jointure. La colle pour puce IC est une résine époxy durcissant à température ambiante, largement utilisée pour le collage de composants électroniques. Elle offre une excellente résistance de collage pour l'assemblage entre métal, céramique, verre et plastique dur.

3.3.2 Liaison par fils (Wire bonding)

La liaison par fils soude de fins fils métalliques sur le substrat par chaleur, pression et énergie ultrasonique, créant l'interconnexion électrique entre puces et substrats et l'échange d'information entre puces. Il y a généralement trois méthodes de liaison par fils utilisées dans l'industrie : liaison par pressage à chaud, liaison ultrasonique et liaison thermosonique.

3.3.3 Examen microscopique 3D

Durant ce processus, on utilise des microscopes 3D pour vérifier l'exactitude des étapes précédentes. Par exemple, fissures ou bosses ne sont pas autorisées.

3.3.4 Moulage (Molding)

Ici, le CME (composé de moulage époxy) est utilisé pour encapsuler les produits finis de liaison par fils afin de prévenir l'impact de l'environnement externe. Étapes principales :

• Le cadre de broches est placé dans le moule, chaque puce en cavité, le moule est serré.
• Le bloc CME est mis dans le trou central du moule.
• À haute température, le CME fond et s'écoule le long de la piste dans la cavité.
• Recouvrement de la puce en partant du bas.
• Moulage et durcissement après le recouvrement.

3.3.5 Marquage laser

Le marquage laser désigne une marque permanente issue de la réaction chimique appliquée par laser qui fait vaporiser le matériau de surface ou subir un changement de couleur. Il peut produire divers textes, symboles et motifs.

3.3.6 Post-cuisson après moulage

La post-cuisson est le processus de chauffage du revêtement à température constante pendant un certain temps après durcissement de l'adhésif à température ambiante, ce qui accélère le réticulage et aligne correctement les molécules du polymère.

3.4 Dépaneillage (Depaneling)

Le dépaneillage est une étape de production d'assemblage électronique à haut volume. Pour augmenter le débit de fabrication de PCB et des lignes CMS, les PCB sont souvent conçus pour contenir de nombreux petits PCB individuels utilisés dans le produit final. Ce groupe de PCB s'appelle un panneau ou multibloc. Le grand panneau est découpé ou « dépaneillé » à une certaine étape du processus².

3.5 Tests

Éléments testés du microphone : réponse en fréquence axe/ hors axe, sensibilité, distorsion, rapport signal/bruit, détection d'imperfections audibles, directivité, diagramme polaire, polarité.

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Références

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Wafer_(electronics)

2. https://en.wikipedia.org/wiki/Depaneling