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Circuits en couches minces - MCM et techniques connexes| Réf : E3400 v2
Auteur(s) : Jean-Luc DIOT
Date de publication : 10 août 2017
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Cet article est l’édition remaniée de l’article E3400 intitulé « Packaging des circuits intégrés » paru en 2005, rédigé par Xavier SAINT MARTIN.
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.
The purpose of packaging is to make the electrical interconnections, to insure the protection of microelectronic chip and its heat dissipation and to insure the reliability of the component. This article is entirely dedicated to integrated circuits packaging. Before reviewing the various types of packages, it details the main assembly steps of chips and the interconnections supports utilized (metal, ceramic, organic and new supports). Then, it points out the contribution of the packaging on electrical and thermal performances and on components reliability.
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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ÉLECTRONIQUE
Jean-Luc DIOT : Gérant AssemblinnoV, Grenoble, France -
(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...
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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