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Article

1 - CONTEXTE ET ENJEUX

2 - PROCÉDÉS D’ASSEMBLAGE

3 - SUPPORTS D’INTERCONNEXION

4 - BOÎTIERS

5 - PERFORMANCES ÉLECTRIQUES DES ASSEMBLAGES

6 - PERFORMANCES THERMIQUES

7 - FIABILITÉ DES ASSEMBLAGES

8 - CONCLUSION

9 - GLOSSAIRE

10 - SIGLES ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : E3400 v2

Conclusion
Packaging des circuits intégrés

Auteur(s) : Jean-Luc DIOT

Date de publication : 10 août 2017

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Sommaire

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NOTE DE L'ÉDITEUR

29/08/2017

Cet article est l’édition remaniée de l’article E3400 intitulé « Packaging des circuits intégrés » paru en 2005, rédigé par Xavier SAINT MARTIN.

RÉSUMÉ

Le packaging a pour rôle d’établir les interconnexions électriques, de permettre la protection de la puce microélectronique, la dissipation de chaleur et de garantir la fiabilité du composant. Cet article est entièrement consacré au packaging des circuits intégrés. Avant d'établir les différentes typologies de boîtier, il détaille les principales étapes d’assemblage des puces et les supports d’interconnexions utilisés (métal, céramique, organique et nouveaux supports). Ensuite, il sensibilise sur la contribution du packaging aux performances électriques et thermiques, mais aussi à la fiabilité des composants.

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ABSTRACT

Integrated Circuits packaging

The purpose of packaging is to make electrical interconnections, ensure the protection of microelectronic chips and their heat dissipation, and ensure the reliability of the component. This article is dedicated to integrated circuit packaging. Before reviewing the various types of packages, it details the main assembly steps for chips and the interconnection supports used (metal, ceramic, organic and new supports). It goes on to discuss the contribution of the packaging to electrical and thermal performance and component reliability.

Auteur(s)

INTRODUCTION

Avec une augmentation soutenue de plus de 8% par an depuis 1985, l’électronique est aujourd’hui présente partout dans notre vie quotidienne et professionnelle. Les ventes des seuls composants électroniques ont représenté en 2016 près de 340 milliards de dollars, dont 80% pour les seuls circuits intégrés.

Cette croissance soutenue de la microélectronique a toujours été portée par l’émergence d’applications nouvelles : électronique d’infrastructure dans les années 80, PC au tournant des années 90, Internet à la fin du XXe siècle, puis dernièrement applications nomades (smartphone notamment) et enfin Internet des objets (IoT : Internet of Things). Le packaging a permis d’accompagner cette croissance grâce à trois ruptures technologiques majeures :

  • la généralisation des boîtiers pour montage en surface (CMS) à partir du milieu des années 80 ;

  • l’introduction des boîtiers sur supports organiques à partir du milieu des années 90, ceci a permis d’augmenter de manière importante le nombre de contacts (de contacts uniquement périphériques à des matrices de contacts) ;

  • la généralisation, à partir du milieu des années 2000, de boîtiers dédiés pour chaque application.

La fonction première du packaging est de rendre manipulable les circuits intégrés et ainsi d’établir les interconnexions électriques avec le circuit client (circuit imprimé) grâce à des formats standardisés (identiques à tous les fabricants). Bien évidemment, le packaging permet aussi de dissiper la chaleur dégagée lors du fonctionnement du composant et de protéger la puce microélectronique de l’environnement, participant ainsi à la fiabilité du composant. Pour les typologies de boîtiers émergeantes, cette frontière entre puce et boîtier tend à s’estomper.

Dans un premier temps, nous décrivons en détail les principales étapes unitaires d’assemblage et les quatre principaux types de substrats d’interconnexions associés (métal, céramique, organique et nouveaux substrats 3D). Ceci nous permet ensuite de décrire les principaux types de boîtier, dont ceux dédiés principalement aux applications portables et à l’Internet des Objets.

Ensuite, le rôle du packaging en termes de performances thermiques et électriques est souligné. Bien que les principaux fabricants réalisent des essais environnementaux, de la qualification d’un composant nouveau à la phase commerciale, les conditions d’utilisation client déterminent la fiabilité globale de la fonction. Avec l’émergence de boîtiers très compacts, la fiabilité de deuxième niveau, c’est-à-dire celle correspondant au boîtier monté sur circuit imprimé, est un point à prendre en compte dès la conception d’un circuit.

Un glossaire et un tableau de sigles et de symboles sont présentés en fin d'article.

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KEYWORDS

integrated circuit   |   reliability   |   assembly   |   package

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-e3400


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8. Conclusion

Le packaging a permis d’accompagner les évolutions des applications de la microélectronique depuis l’électronique d’infrastructure des années 80 jusqu’aux applications mobiles actuelles. De nouvelles applications ne se substituent pas aux marchés existants et, en conséquence, de nouveaux boîtiers ne remplacent pas les boîtiers existants ; par exemple, les boîtiers génériques CMS (type SO ou LQFP) continueront à perdurer pendant des décennies.

L’internet des objets (IoT) devrait constituer le relais de croissance qu’ont représenté les applications mobiles, portées par le téléphone portable puis le smartphone. Réduction du poids et intégration plus poussée vont donc continuer à être des tendances lourdes. Ceci ne devrait pas néanmoins se traduire par une réduction des pas de sortie des boîtiers. En effet, des pas compris entre 0,35 et 0,5mm semblent être la limite pour ne pas trop augmenter le prix des circuits imprimés. En revanche, la diminution des épaisseurs des boîtiers devrait s’accentuer, avec en plus une intégration de passifs ou de circuits simples dans les substrats (embedded dice). L’apparition de substrats 3D – principalement de substrats silicium (puces actives) – et la forte croissance des CSP (Chip Scale Packages) préfigurent une convergence entre les fonderies silicium et les sous-traitants d’assemblage (OSAT pour Out-Sourced semiconductor Assembly and Test).

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - SCHMITT (S.) -   Le composant électronique monté en surface, technologie et mise en œuvre.  -  Masson (1994).

  • (2) - ALLEN (B.M.) -   Soldering handbook.  -  ILIFE BOOKS LTD London, 1re publication (1969).

  • (3) - HARMAN (G.G.) -   Wire-Bonding in Microelectronics.  -  (3rd edition), Mc Graw Hill (2010).

  • (4) - PÉRICHAUD (M.G.) -   Évaluation de la fiabilité des adhésifs conducteurs en remplacement des brasures étain/plomb pour la réalisation des assemblages électroniques type CMS.  -  Université de Bordeaux I (2000).

  • (5) -   *  -  Normes JEDEC (disponibles sur http://www.jedec.org, après inscription).

  • (6) - POUPON (G.) et al -   Traitement des puces électroniques et nouveaux procédés...

1 Sites Internet

JEDEC ( http://www.jedec.org) et newletter quotidienne (Jedec.SmartBrief)

Journal Electroniques ( http://www.electroniques.biz, sur abonnement) et newletter quotidienne gratuite

Yole Développement ( http://www.yole.fr), cabinet de conseil en marketing technologique & stratégique dans le domaine du semi-conducteur et I-Micronews.com, site media d’informations sur les technologies « More than Moore » du semi-conducteur

SEMI ( http://www.semi.org)

PRISMARK Partners LLC ( http://www.prismark.com) pour les analyses technico-économiques

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2 Événements

Evènements organisés par IMAPS France, dont le forum MiNaPAD (Micro/Nano-Electronics Packaging and Assembly, Design and Manufacturing Forum, organisé à Grenoble).

Evènements organisés par SEMI-Europe (dont SEMICON-Europa, à Munich généralement en automne)

...

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