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RÉSUMÉ
Le packaging en électronique a pour rôle d’établir les interconnexions électriques, mécaniques et thermiques permettant à des circuits à prédominance électronique de traiter ou de stocker de l’information. Il assure également la protection du circuit intégré. Cet article est entièrement consacré au packaging des circuits intégrés, il en détaille les éléments constitutifs (supports, boîtier), ainsi que les procédés et performances électriques et thermiques des assemblages. Pour terminer, il aborde les méthodes d’évaluation de la qualité ou de la fiabilité d’un assemblage.
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Xavier SAINT MARTIN : Direction technique, Bull SA
INTRODUCTION
Cet article est l’édition actualisée de l’article « Assemblage des circuits intégrés. Packaging » rédigé par Gérard DEHAINE.
La complexité et la dimension des circuits intégrés croît sans cesse et l’électronique s’étend constamment à de nouveaux domaines et à de nouvelles applications.
Un circuit intégré ne peut fonctionner sans un environnement spécifique : un boîtier, une carte, qui lui permettent de réaliser les fonctions pour lesquelles il a été conçu. C’est le packaging qui prend en compte les contraintes diverses touchant à l’environnement du circuit intégré, et qui permet d’exploiter au mieux ses performances et sa fiabilité.
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VERSIONS
- Version archivée 2 de août 2017 par Jean-Luc DIOT
- Version courante de sept. 2024 par Jean-Luc DIOT
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Qualité et fiabilité des assemblages8. Performances thermiques
Les problèmes thermiques demeurent au centre des préoccupations des spécialistes en packaging. Le flux thermique dissipé par un circuit intégré peut dépasser 106 W/m2. Un tel flux est supérieur à celui d’une ampoule d’éclairage de 100 W, qui est d’environ 104 W/m2. Face à cela, la performance d’un circuit intégré décroît nettement avec sa température de fonctionnement : un circuit CMOS voit son temps de commutation affecté d’environ 3 % si sa température augmente de 10 ˚C. La température de fonctionnement a aussi une influence sur la fiabilité du composant : le taux de défaillance double pour toute augmentation de température de 10 ˚C.
Les ingénieurs thermiciens ont donc pour mission de prendre en compte ces contraintes, pour maintenir la température des circuits intégrés à la valeur visée, laquelle résulte d’un compromis entre la performance, la fiabilité, et la densité. Par exemple, certains équipements militaires imposent une extrême densité de packaging, au prix d’un fonctionnement des circuits intégrés à 100 ˚C. A contrario, un affichage par cristaux liquides peut s’effacer au-delà de 50 ˚C.
8.1 Mesures de températures
Deux méthodes sont utilisées pour mesurer la température à la surface d’un composant électronique.
La première méthode consiste à utiliser un élément sensible à la température tel qu’une résistance ou une diode. Les diodes fournissent en général une meilleure sensibilité que les résistances (environ 2 mV/K en chute de tension directe). Ces éléments doivent être étalonnés en étuve avant de les utiliser pour des mesures de température.
La seconde méthode inclut les mesures de rayonnement infrarouge, les cristaux liquides, les indicateurs colorés ou à changement de phase. Elle fait appel à un dépôt de produit à la surface du composant (uniformisation de l’émissivité de la surface pour les mesures par rayonnement infrarouge ; apport de produit thermosensible dans les autres cas).
Les fabricants de composants fournissent en général leurs caractéristiques thermiques : par exemple, pour un boîtier, la résistance thermique transistor-boîtier et la résistance...
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Performances thermiques
La communauté des spécialistes en packaging des ensembles électroniques s’est dotée d’une société savante mondiale qui diffuse des ouvrages de référence, des revues, et qui organise des congrès réguliers à l’échelle continentale ou nationale. On pourra contacter :
IMAPS (International Microelectronics and Packaging Society) : http://www.imaps.org
IMAPS France : http://www.imapsfrance.org
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Dans les Techniques de l’Ingénieur
MASSÉNAT (M.) - Circuits en couches minces. Couches minces traditionnelles - . [E 3 365] Électronique 02-2003.
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