Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
NOTE DE L'ÉDITEUR
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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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)
-
Jean-Luc DIOT : Gérant AssemblinnoV, Grenoble, France -
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.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
KEYWORDS
integrated circuit | reliability | assembly | package
VERSIONS
- Version archivée 1 de févr. 2005 par Xavier SAINT MARTIN
- Version courante de sept. 2024 par Jean-Luc DIOT
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Procédés d’assemblage
En anglais
1. Contexte et enjeux
1.1 Rôle du packaging
Le packaging des puces microélectroniques permet d’établir les interconnexions et l’environnement nécessaires aux circuits intégrés pour traiter ou stocker de l’information. Il correspond en fait au premier niveau de packaging d’un système microélectronique classique. Pour plus d’informations, le lecteur peut se référer à l’article [E 3 401] du présent traité. Le packaging fait intervenir un certain nombre de compétences scientifiques et techniques parmi lesquelles :
-
l’électronique, qui traite des caractéristiques électriques des assemblages, de façon à tirer le meilleur parti des performances des circuits intégrés et des autres composants ;
-
la science des matériaux (métalliques, céramiques et organiques), les techniques d’assemblage, la thermique et les simulations ;
-
la mécanique, qui traite des machines d’assemblage, des tolérances dimensionnelles des composants, des problèmes de mesures, des outillages de fabrication ;
-
la statistique, qui permet d’analyser les procédures de fabrication et de prédire la fiabilité des produits fabriqués.
Le packaging n’a pas pour seul rôle de relier électriquement les différents éléments électroniques composant une fonction, il doit assurer :
-
leur liaison électrique ;
-
leur liaison mécanique, permettant le report du composant sur une carte (deuxième niveau de packaging). Pour cela, le format du boîtier doit répondre à un standard ; les standards les plus usités sont définis par l’organisme de normalisation internationale JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council) ;
-
leur liaison thermique, en créant un chemin thermique permettant de dissiper la chaleur générée lors du fonctionnement du circuit intégré...
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Contexte et enjeux
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...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
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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Evènements organisés par IMAPS France, dont le forum MiNaPAD (Micro/Nano-Electronics Packaging and Assembly, Design and Manufacturing Forum, organisé à Grenoble).
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