Emballage IC

Aller à: Qu’est-ce que l’Emballage IC? / Quel est le Paquet d’IC / Qu’est-ce que l’Emballage d’IC / Types d’emballage d’IC / Considérations de Conception d’IC / Quel est le Type le plus courant d’Emballage d’IC | Matériaux d’emballage d’IC Alternatifs et Méthodes d’assemblage | Qu’est-ce que le Matériau de Fixation? / Types d’assemblage de liaisons filaires | Encapsulants | Comprendre l’emballage des circuits intégrés / Emballage des circuits intégrés de Millennium

Pour qu’un semi-conducteur fonctionne de manière fiable pendant de nombreuses années d’utilisation, il est crucial que chaque puce reste protégée des éléments et des contraintes éventuelles. Cela nous amène à deux questions – qu’est-ce que l’emballage de circuits intégrés (IC) et pourquoi est-il essentiel pour vos applications électroniques? Si vous travaillez dans l’industrie électronique et que vous ne savez pas clairement comment les matériaux d’emballage IC peuvent fonctionner pour vous, voici une ventilation de base de l’idée derrière l’emballage IC.

Quel est le paquet dans IC?

L’emballage CI fait référence au matériau qui contient un dispositif semi-conducteur. L’emballage est un boîtier qui entoure le matériau du circuit pour le protéger de la corrosion ou des dommages physiques et permettre le montage des contacts électriques le reliant à la carte de circuit imprimé (PCB). Il existe de nombreux types de circuits intégrés et, par conséquent, il existe différents types de conceptions de systèmes d’emballage de circuits intégrés à considérer, car différents types de conceptions de circuits auront des besoins différents en ce qui concerne leur enveloppe extérieure.

Qu’Est-Ce Que l’Emballage IC?

L’emballage CI est la dernière étape de la production de dispositifs à semi-conducteurs. Au cours de cette étape, le bloc semi-conducteur est recouvert d’un boîtier qui protège le circuit intégré des éléments externes potentiellement dommageables et des effets corrosifs de l’âge. Le boîtier est essentiellement un boîtier destiné à protéger le bloc et également à favoriser les contacts électriques délivrant des signaux à la carte de circuit imprimé d’un dispositif électronique.

La technologie d’emballage IC a évolué depuis les années 1970, lorsque les emballages ball grid array (BGA) ont été utilisés pour la première fois par les fabricants d’emballages électroniques. À l’aube du 21e siècle, les nouvelles options dans les technologies d’emballage ont éclipsé les paquets de réseau de grille à broches, à savoir le paquet plat en plastique et le paquet mince à petit contour. Au fil des années, des fabricants comme Intel ont inauguré l’ère des paquets de tableaux de grille terrestre.

Pendant ce temps, les réseaux de grilles à billes à puce basculante (FCBGA), qui prennent en charge plus de nombres de broches que les autres types de paquets, ont remplacé les BGA. Le FCBGA contient des signaux d’entrée et de sortie sur l’ensemble de la matrice, par opposition aux seuls bords.

Types d’emballages IC

Il existe différentes façons de classer les conceptions d’emballages IC en fonction de leur formation. En tant que tel, il existe deux types de boîtiers de circuits intégrés: le type de cadre de connexion et le type de substrat.

Quels sont les noms des paquets IC ?

Au-delà de la définition structurelle de base d’un ensemble de circuits intégrés, d’autres catégories distinguent les types secondaires d’interconnexion. Vous trouverez plus d’informations sur les différentes catégories de paquets IC ci-dessous:

• Tableau de grille à broches: Ce sont pour le socketing.
• Paquets à cadre conducteur et à double ligne: Ces paquets sont destinés à des assemblages dans lesquels les broches traversent des trous.
• Paquet d’échelle de puce : Un paquet d’échelle de puce est un paquet simple-die, montage direct en surface, avec une surface inférieure à 1,2 fois la surface de la matrice.
• Paquet plat de quadruple : Un paquet de cadre de plomb de la variété sans plomb.
• Quad flat sans plomb: Un emballage minuscule, de la taille d’une puce, utilisé pour le montage en surface.
• Paquet multichip: Les paquets multichip, ou modules multichip, intègrent plusieurs circuits intégrés, composants discrets et matrices semi-conductrices sur un substrat, ce qui fait que le paquet multichip ressemble à un circuit intégré plus grand.Paquet de réseau de zones
• : Ces paquets offrent des performances maximales tout en conservant de l’espace en permettant d’utiliser n’importe quelle partie de la surface de la puce pour l’interconnexion.

Il est important de noter que de nombreuses entreprises utilisent des packages area array. L’exemple le plus important à cet égard est le paquet BGA, qui se décline en différents formats, y compris les petits paquets à l’échelle des puces — parfois appelés paquets QFN — et les paquets plus grands. La construction BGA implique un substrat organique et sa meilleure application est dans les structures à plusieurs puces. Les modules et packages Multichip sont les principales alternatives aux solutions utilisant un format système sur puce. D’autres options incluent les ensembles d’interconnexion à deux étages et à double surface.

De plus, une catégorie pour l’assemblage de circuits intégrés de plaquettes, connue sous le nom de wafer-level packaging (WLP), s’est imposée dans le langage de l’industrie. Dans les emballages au niveau de la plaquette, la construction se produit sur la face de la plaquette, créant un emballage de la taille d’une puce flip. Un autre paquet au niveau de la plaquette est l’emballage au niveau de la plaquette sortante (FOWLP), qui est une version plus avancée des solutions WLP conventionnelles. Contrairement à un WLP où la plaquette est coupée en dés après la fixation des couches extérieures de l’emballage, la plaquette de volaille est découpée en dés en premier.

Considérations relatives à la conception de circuits intégrés

Choisir le bon package de circuits intégrés pour vos applications commence par connaître les informations techniques sur le large éventail de considérations de conception qui entrent dans la production de paquets de circuits intégrés. Par exemple, vous voudrez connaître les compositions de matériaux et les substrats appropriés pour votre ensemble de circuits intégrés. Il est également important de connaître la différence entre les substrats d’emballage rigides et de ruban adhésif. De nombreuses entreprises envisagent également d’utiliser des stratifiés comme alternatives aux cadres en plomb et choisissent des substrats qui fonctionnent bien avec des conducteurs métalliques.

En savoir plus sur certaines des principales considérations de conception ci-dessous.

Composition du matériau

Les performances d’un ensemble de circuits intégrés dépendent en grande partie de sa composition chimique, électrique et matérielle. Malgré leurs différences fonctionnelles, les emballages en plomb et en stratifié dépendent tous deux fortement de la composition des matériaux. Les paquets de cadre de plomb, le format dominant, utilisent des finitions de fil d’argent ou d’or, fixées avec une méthode de placage par points. Cela rend le processus plus simple et plus abordable.

Sur les emballages en céramique, l’alliage 42 est un type de métal largement utilisé car il fonctionne avec le matériau sous-jacent. Sur les emballages en plastique, le cadre en plomb de cuivre est préférable car il protège le joint de soudure et offre une conductivité. En raison des politiques dans certains territoires, le matériau est également l’un des facteurs critiques sur les emballages en plastique à montage en surface.

En raison des révisions des normes européennes, la finition en plomb a fait l’objet d’un examen approfondi sur l’assemblage d’emballages de niveau supérieur. L’objectif a été de trouver des remplacements viables pour les soudures étain-plomb, faciles à appliquer et qui sont depuis longtemps un aliment de base dans toute l’industrie. Cependant, les fabricants doivent encore s’unir autour d’une solution unique, en partie en raison de la concurrence généralisée entre les fournisseurs. Il est peu probable que la question du plomb se résolve d’elle-même avant un certain temps.

Alternative aux cadres de plomb

À partir de la fin des années 1970, les stratifiés sont apparus comme une alternative aux cadres de plomb dans les assemblages puce à carte. Aujourd’hui, les stratifiés sont répandus dans l’industrie des solutions d’emballage pour circuits intégrés, en raison de leur rapport coût-efficacité par rapport aux substrats céramiques. Les stratifiés les plus populaires sont les types organiques à haute température, qui offrent des caractéristiques électriques supérieures et sont également plus abordables.

Substrats applicables

Au milieu de la popularité croissante des boîtiers de semi-conducteurs, il y a également eu une demande accrue de substrats et d’interposeurs applicables. Un substrat est la partie d’un boîtier de circuit intégré qui confère à la carte sa résistance mécanique et lui permet de se connecter à des périphériques externes. L’interposeur permet le routage conjonctif dans le paquet. Dans certains cas, les mots “substrat” et “interposer” sont interchangeables.

Différence Entre les substrats d’emballage Rigides et de bande

Les substrats d’emballage sont disponibles en variétés rigides et en bandes. Les substrats rigides sont fermes et définis dans leur forme, tandis que les substrats en ruban sont minces et flexibles. Dans les premiers jours de la fabrication de CI, les substrats étaient constitués de matériau céramique. Aujourd’hui, la plupart des substrats sont en matière organique.

Si un substrat est constitué de plusieurs couches minces empilées pour former un substrat rigide, il est connu sous le nom de substrat stratifié. Deux des substrats stratifiés les plus courants dans la fabrication de CI sont le FR4 et la bismaléimide-triazine (BT). Le premier est constitué d’époxy, tandis que le second est un matériau en résine de haute qualité.

En partie grâce à ses qualités isolantes et à sa faible constante diélectrique, la résine BT est apparue dans l’industrie des circuits intégrés comme l’un des matériaux stratifiés préférés. Sur les BGA, le BT est le plus couramment utilisé de tous les substrats. BT est également devenu la résine privilégiée pour les stratifiés à l’échelle des copeaux (CSP). Pendant ce temps, des concurrents du monde entier fabriquent de nouvelles alternatives d’époxy et de mélanges d’époxy, ce qui menace de donner à BT une course pour son argent, ce qui pourrait réduire les prix dans l’ensemble à mesure que le marché deviendra plus compétitif dans les années à venir.

Comme alternative aux substrats rigides, les substrats de bande sont principalement constitués de polyimide et d’autres types de matériaux durables et résistants à la température. L’avantage des substrats de bande est leur capacité à déplacer et transporter simultanément des circuits, ce qui fait des substrats de bande le choix préféré dans les lecteurs de disque et autres dispositifs qui transportent des circuits au milieu d’un mouvement rapide et constant. L’autre avantage principal des substrats de ruban est leur faible poids, ce qui signifie qu’ils n’ajoutent pas la moindre dimension de lourdeur à une surface appliquée.

Substrats pour aider les conducteurs métalliques

Les boîtiers de circuits intégrés doivent également être livrés avec des conducteurs métalliques qui peuvent acheminer les signaux vers diverses fonctions d’interconnexion. Par conséquent, il est essentiel que les substrats aident à faciliter ce processus. Les substrats acheminent les signaux d’entrée et de sortie d’une puce vers d’autres fonctionnalités d’un système dans des boîtiers. La mise en place d’une feuille, typiquement du cuivre, qui est liée aux stratifiés dans le substrat permet d’obtenir la conductivité du métal. Des couches d’immersion d’or et de nickel sont souvent appliquées comme finitions sur le cuivre pour éviter l’interdiffusion et l’oxydation.

Quel est le type de paquet IC le plus courant?

Les trames de plomb sont les paquets IC les plus courants. Vous utiliseriez ces paquets pour des matrices interconnectées par liaison métallique, avec une finition argentée ou plaquée or. Pour les emballages en plastique à montage en surface, les fabricants utilisent souvent des matériaux de cadre en plomb en cuivre. Le cuivre est très conducteur et extrêmement conforme, il peut donc être bénéfique à cet effet.

Matériaux d’emballage de circuits intégrés alternatifs et méthodes d’assemblage

De nombreux fabricants essaient de s’éloigner des emballages de circuits intégrés à cadre en plomb, mais ils sont utilisés si fréquemment depuis si longtemps qu’il s’agit d’une transition difficile pour certains. Les forfaits les plus courants sont les suivants:

• Paquets en ligne doubles: Un paquet en ligne double se compose de deux rangées de broches électriques le long des bords horizontaux d’une pièce IC rectangulaire. Un boîtier en ligne double se monte sur une carte de circuit imprimé avec un trou traversant ou une prise.
• Paquets de petits contours: Un paquet de petits contours minces (TSOP) est un composant IC qui se compose d’une forme rectangulaire avec de petites épingles le long des bords horizontaux. Les TSOP sont courants sur les circuits intégrés qui alimentent la RAM et la mémoire flash.
• Forfaits quad plats: Un paquet plat de quadruple (QFP) est un composant plat et carré d’IC avec des avances le long de chacun des quatre bords. Les QFP ne peuvent pas être montés à travers le trou, et les prises sont rarement disponibles pour les emballages de ce type. QFPs peut avoir aussi peu que 32 broches ou jusqu’à 304 broches, selon la plage de pas. Les variantes du QFP incluent un profil bas et mince. Les fabricants d’électronique japonais ont utilisé pour la première fois des QFP dans les années 1970, bien que le type d’emballage ne gagne du terrain en Amérique du Nord et en Europe qu’au début des années 90.
• Réseaux à grille à billes: Un BGA est un boîtier de montage en surface portant des puces couramment utilisé dans les équipements informatiques. Contrairement à d’autres packages IC, où seul le périmètre peut se connecter, toute la surface inférieure peut être montée sur un BGA. En raison des connexions à billes plus courtes, les BGA offrent certaines des vitesses les plus élevées de tous les packages de circuits intégrés. Les BGA sont courants sur les clés RAM et les cartes USB, y compris les cartes RAM et haut-parleurs. Le processus de soudure sur un BGA nécessite de la précision.

Les emballages de substrat, tels que les emballages à base de céramique, nécessiteront un alliage dont le coefficient de dilatation thermique (CTE) est similaire à celui de la céramique, comme Iconel ou l’alliage 42. Dans le processus de fixation de la matrice, nous attachons la matrice au substrat avec des matériaux spéciaux de fixation de la matrice, que nous pouvons utiliser dans l’assemblage de liaison filetée face vers le haut. Il est crucial d’éviter les lacunes dans le matériau attaché, car celles-ci peuvent entraîner des points chauds. Le bon matériau de fixation des matrices est conducteur électriquement et thermiquement, ce qui le rend idéal pour les emballages de substrats.

Vous utiliseriez plutôt le stratifié si vous avez besoin de performances supérieures ou si vous avez affaire à des comptes d’E / S élevés. Les emballages stratifiés sont une excellente alternative peu coûteuse aux substrats céramiques et ont également une constante diélectrique plus faible.

Qu’Est-Ce Que Le Matériau De Fixation?

Le package IC remplit deux fonctions principales. La première consiste à protéger la matrice des dommages que des facteurs externes pourraient causer. La seconde consiste à redistribuer l’entrée et la sortie à un pas fin gérable. De plus, l’emballage fournit une structure standardisée qui dirige correctement la voie thermique, loin de la matrice empilée. Dans l’ensemble, la structure est mieux adaptée aux tests électriques et plus résistante aux erreurs.

Les matériaux de fixation sous matrice sont des matériaux liquides ou en film que les fabricants conçoivent pour éviter le dégazage, ce qui pourrait dégrader la qualité de la liaison du fil. Ces matériaux servent également de tampon de contrainte, de sorte que la matrice ne se fracture pas si le CTE ne correspond pas tout à fait au substrat.

Il existe différentes méthodes d’application de matériaux de fixation, dont certaines sont plus compliquées que d’autres. Pour la majorité des utilisations, die-attach est appliqué sur des assemblages où la liaison du fil se trouve sur la face de la surface. Dans tous les cas, les matériaux de fixation sont thermiquement conducteurs. Sur certains assemblages, die-attach fournit également une conductivité électrique. Pour éviter que les taches ne deviennent trop chaudes avec la matrice, les fabricants cherchent généralement à éviter les vides dans le matériau. Les matériaux de fixation des matrices, liquides et en film, résistent au dégazage et protègent les matrices des dommages.

Types d’assemblage de liaison de fil

Les assemblages de liaison de fil sont disponibles en trois formats:

• Thermo-compression bonding
• Thermosonic ball bonding
• Room temperature ultrasonic wedge bonding

Le type d’assemblage de collage de fil que vous choisissez sera livré avec différentes capacités d’assemblage. La liaison de fil utilise généralement du fil d’or, bien que vous puissiez utiliser du fil de cuivre à la place si vous avez un environnement d’assemblage riche en azote. Le collage en coin avec du fil d’aluminium peut être une alternative économique.

La liaison par ultrasons commence par une avance de fil à travers un trou dans la surface d’un assemblage de composants. Le processus comprend une liaison de matrice et de substrat.

La liaison thermosonique est un processus utilisé pour connecter des circuits intégrés en silicium à des ordinateurs. Le processus assemble les composants des unités de traitement centrales, qui intègrent les circuits des ordinateurs personnels et des ordinateurs portables.

Les liaisons thermosoniques sont composées d’énergies thermiques, mécaniques et ultrasonores. Les machines qui conduisent ce processus contiennent des transducteurs, qui transforment l’énergie électrique en piézoélectricité.

Le collage par thermocompression est une méthode qui relie deux métaux par un mélange de force et de chaleur. Le procédé est alternativement appelé collage de plaquettes, collage par diffusion, soudage à l’état solide et assemblage sous pression. Le collage par thermocompression protège les structures électriques et les ensembles d’appareils avant le montage en surface. Le procédé comprend la diffusion de la limite de surface et de grain.

Encapsulants

Les encapsulants sont la dernière pièce du boîtier CI et servent à protéger le conducteur et les fils contre les dommages environnementaux et physiques. Ils peuvent être fabriqués à partir de mélanges d’époxy ou d’époxy, de silicone, de polyimide ou soit à base de solvant, soit vulcanisables à température ambiante. Le reste des composants que vous choisirez dépendra des besoins spécifiques de vos circuits intégrés et de vos applications.

Les cartes de circuits imprimés peuvent être vulnérables à la poussière électrostatique dans les environnements industriels et automobiles. Pour protéger les propriétés mécaniques des PCB, les fabricants utilisent désormais des résines d’encapsulation.

En tant que barrière protectrice, le rempotage et les encapsulants sont très efficaces pour empêcher la poussière et d’autres éléments atmosphériques de nuire aux mécanismes des PCB. Avec suffisamment de résines, les encapsulants peuvent protéger les PCB des contraintes des vibrations, des chocs et des éléments externes. Pour que l’application fonctionne efficacement, les résines doivent être testées pour leur adéquation dans divers environnements de travail potentiels. La fonctionnalité des unités dans ces paramètres devrait également être évaluée.

Comme alternative aux résines d’enrobage et d’encapsulation, certains fabricants utilisent des revêtements conformes, qui épousent la forme de chaque carte et offrent résistance et durabilité, sans affecter le poids ou les dimensions d’un PCB. Les revêtements sont généralement testés dans des conditions atmosphériques normales. Chaque test met en évidence l’effet d’un revêtement donné sur les capacités électriques et mécaniques d’un PCB à l’étude.

Les matériaux encapsulants sont disponibles en trois variétés de base. Le matériau primaire est l’époxy, pur ou mélangé. Les époxydes sont constitués de résines organiques et sont généralement abordables, d’où leur popularité auprès des fabricants. Un autre matériau largement utilisé dans les puces IC encapsulantes est le silicone, qui n’est pas à base de carbone et donc pas une résine organique. Les résines de silicone sont généralement à base de solvants. Alternativement, certaines résines sont vulcanisables à température ambiante et le contact avec l’humidité peut les guérir. Les silicones sont populaires en raison de leur flexibilité dans les réglages chauds et froids.

Les résines d’empotage et d’encapsulation sont disponibles dans plusieurs formulations différentes, tout comme les revêtements conformes. Chaque formulation est équilibrée pour une gamme spécifique de conditions atmosphériques. Grâce aux tests, les fabricants peuvent déterminer quelles formulations sont les mieux adaptées à des environnements particuliers. Dans une situation normale, la plupart des types de résines et de revêtements offrent une protection suffisante pour un PCB. Dans des environnements plus difficiles, une planche nécessite généralement un revêtement avec un matériau spécial, tel que l’acrylique. Si le PCB est destiné à être utilisé dans un environnement immergé, les couches extra-résistantes sont parmi les options les plus appropriées.

Les résines en silicone offrent des performances de PCB optimales dans une gamme d’environnements. Pour les conceptions de PCB, le silicone est généralement préférable au polyuréthane ou à l’époxy. Entre ces deux derniers, le polyuréthane est le matériau le plus fiable dans divers environnements. Les résines de polyuréthane peuvent être efficaces en milieu marin comme protection en immersion en eau salée.

Comprendre l’emballage CI

Pour rester au top du marché, il est essentiel de rester au courant des tendances en matière d’emballage CI. De cette façon, vous pouvez rester compétitif et faire les bons investissements sur le marché des matériaux d’emballage IC. Divers segments de marché affectent le prix, la popularité et la disponibilité des matériaux d’emballage. De plus, les tendances à l’échelle régionale peuvent influer sur l’augmentation ou la baisse de l’utilisation des matériaux d’emballage dans certains coins du monde.

Pour des nouvelles, des statistiques et des informations sur les tendances du marché des circuits intégrés, les parties intéressées doivent lire le Rapport sur le marché des semi-conducteurs et des matériaux d’emballage pour circuits intégrés, qui décompose les choses en fonction des catégories et des applications, le tout dans le cadre de l’industrie des circuits intégrés. Les experts de l’industrie utilisent la gestion des données de conception pour collecter et examiner des informations sur les solutions de conception, chacun apportant ses idées à la table en tant que fabricants, fournisseurs et détaillants et fournissant une image complète de la grille de valeur.

À tout moment, des événements soudains et inattendus peuvent avoir un impact sur le marché, notamment des catastrophes naturelles, des changements climatiques, des bouleversements politiques, des technologies perturbatrices et des changements culturels. En tant que partie intéressée sur le front de l’IC, rester au top de l’emballage IC vous oblige à reconnaître les tendances concernant la production, l’approvisionnement, l’exportation, l’importation, les prix, l’analyse de l’intégrité et le taux de croissance global des matériaux d’emballage, et à les examiner régulièrement afin de pouvoir planifier, budgétiser en conséquence et protéger vos revenus.

Packaging IC de Millennium Circuits

Comme vous pouvez le constater, il existe de nombreux éléments dans le packaging IC pour les systèmes électroniques, et en tant qu’acteur de l’industrie électronique, il est essentiel de les comprendre et de se tenir au courant des nouveaux développements dans le packaging avancé — en particulier en ce qui concerne la façon dont ils affectent vos composants en ce qui concerne les exigences de performance. Certains aspects de l’emballage IC resteront probablement relativement stables dans les années à venir, tandis que d’autres pourraient changer de manière significative, et vous voudrez garder une longueur d’avance sur le jeu. Savoir où les changements sont susceptibles de se produire vous permet de mieux y réagir.

Si vous avez des questions sur les différents types d’emballages de circuits intégrés ou sur tout ce qui concerne les circuits ou les cartes de circuits imprimés, contactez les experts de Millennium Circuits dès maintenant. Nous sommes extrêmement fiers d’aider nos clients à avoir une compréhension complète de l’électronique avec laquelle nous travaillons. Nous sommes heureux de vous fournir les informations de conception et de vérification dont vous avez besoin afin que vous puissiez prendre les meilleures décisions concernant les composants électroniques pour votre entreprise.