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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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Jean-Luc DIOT : Gérant AssemblinnoV, Grenoble, France - Note de l'éditeur : Cet article est l’édition remaniée de l’article [E 3 400] intitulé « Packaging des circuits intégrés » paru en 2005, rédigé par Xavier SAINT MARTIN.
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 ;
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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) ;
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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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MOTS-CLÉS
VERSIONS
- Version archivée 1 de févr. 2005 par Xavier SAINT MARTIN
- Version courante de sept. 2024 par Jean-Luc DIOT
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Conclusion
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7. Fiabilité des assemblages
La fiabilité d’un objet est évaluée par le temps pendant lequel il remplit la fonction pour laquelle il a été construit. Le niveau de fiabilité requis par un ensemble électronique dépend bien évidemment du domaine d’application.
on s’accommodera de la défaillance d’un téléviseur, alors que la défaillance d’un stimulateur cardiaque peut avoir des conséquences tragiques. Dans le domaine de l’informatique, la perte de données (ou de disponibilité) peut dans ce cas avoir des conséquences financières extrêmement lourdes.
En conséquence, les méthodes d’évaluation de la fiabilité d’un boîtier varient beaucoup. Sans entrer dans les notions théoriques, décrites dans l’article [E 1 420], rappelons que les calculs de fiabilité font appel à des méthodes statistiques, et permettent de prédire l’espérance de vie d’une structure électronique à partir de l’espérance de vie de chaque élément la constituant.
Lorsqu’on étudie le taux de composants restant fonctionnels au cours du temps, on obtient une courbe en forme de baignoire, dont la première partie, descendante, correspond à l’élimination des composants les plus fragiles. Une méthode pour augmenter la fiabilité d’un composant consiste donc à réaliser un test dans des conditions sévères, dit de « déverminage », qui a pour but d’éliminer les composants les plus fragiles au sein d’une population. Les constructions électroniques militaires et spatiales font intensivement appel au déverminage pour des raisons évidentes de sécurité de fonctionnement. D’autre part, l’augmentation de la fiabilité d’un système peut s’obtenir par d’autres moyens que par l’augmentation de la fiabilité des composants eux-mêmes, par exemple, en mettant en œuvre des fonctionnalités en parallèle (redondance) de façon à pallier la carence d’un élément ; ou encore, un programme peut détecter la panne d’une alimentation et déclencher la mise en route d’une alimentation de secours. Plus couramment, pour les mémoires, on peut compenser le dysfonctionnement d’un...
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Fiabilité des assemblages
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).
Evènements organisés par SEMI-Europe (dont SEMICON-Europa, à Munich généralement en automne)
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