puce

Une puce est un bloc unique de matériau, généralement du silicium ou de l'arséniure de gallium, sur lequel des milliers à des milliards de transistors, résistances, condensateurs et autres composants sont fabriqués en couches. La puce finie, souvent de quelques millimètres carrés et de moins d'un millimètre d'épaisseur, est montée dans un boîtier avec des broches ou des billes qui la connectent à une carte de circuit imprimé. Le terme couvre tout, des simples portes logiques aux processeurs complexes, aux dispositifs de mémoire et aux circuits intégrés spécifiques à une application (ASIC).

La puce elle-même est le produit de la photolithographie. Une tranche de silicium, souvent de 200 ou 300 millimètres de diamètre, est recouverte d'une résine photosensible. Un masque est utilisé pour projeter des motifs de circuit sur la résine, qui est ensuite développée pour exposer des parties du matériau sous-jacent. Par des cycles répétés d'oxydation, d'implantation de dopants, de dépôt et de gravure, les motifs se transforment en une structure 3D fonctionnelle. Les procédés modernes fonctionnent avec des tailles de caractéristiques de 5 nanomètres ou moins, ce qui signifie que les transistors individuels sont beaucoup plus petits qu'une cellule humaine.

La tranche finie contient des dizaines ou des centaines de puces identiques disposées en grille. Chaque puce est ensuite séparée par sciage, testée et montée dans un boîtier: plastique ou céramique avec des broches métalliques, des réseaux de billes (BGA) avec des centaines de billes de soudure en dessous, ou des puces à retournement (flip chips) directement liées à un substrat. Le boîtier assure la protection mécanique, la gestion thermique et la connectivité électrique avec le monde extérieur.

Variantes et modes de défaillance

Les puces analogiques amplifient ou filtrent les signaux et sont sensibles au bruit et à la dérive en température. Les puces numériques basculent entre des niveaux de tension représentant 0 et 1, et sont plus robustes aux interférences mais très sensibles aux perturbations de l'alimentation électrique. Les puces mémoire stockent des données et exigent une tension et une synchronisation précises. Les puces de puissance gèrent des courants importants et dissipent une chaleur considérable; la gestion thermique par des dissipateurs thermiques, des vias thermiques et des matériaux de substrat devient critique. Les défauts introduits pendant la fabrication, le stress mécanique pendant le montage, les décharges électrostatiques (ESD) pendant la manipulation, ou les cycles thermiques pendant le fonctionnement peuvent tous rendre une puce non fonctionnelle ou la faire tomber en panne prématurément.

Le mot « puce » vient du fait que les puces individuelles sont littéralement « ébréchées » de la tranche. Aux débuts des circuits intégrés dans les années 1960, le terme les distinguait des composants discrets (transistors, résistances et condensateurs individuels soudés à la main). Aujourd'hui, « puce » et « circuit intégré » sont utilisés de manière interchangeable, bien que « puce » soit la norme familière dans l'industrie.