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RÉSUMÉ
Le packaging des circuits intégrés a pour rôles 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. Il détaille les principales étapes d’assemblage des puces et les supports d’interconnexions utilisés (métal, céramique, organique et nouveaux supports) avant d'établir les différentes typologies de boîtier. Il sensibilise enfin sur la contribution du packaging aux performances électriques et thermiques, mais aussi à la fiabilité des composants.
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Jean-Luc DIOT : Président AssemblinnoV, Grenoble, France
INTRODUCTION
Avec une augmentation soutenue de plus de 8 % en moyenne 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 2022 près de 600 milliards de dollars, dont 80 % pour les seuls circuits intégrés, et le trilliard de dollars est prédit pour 2030.
Cette croissance soutenue de la microélectronique a toujours été portée par l’émergence d’applications nouvelles : électronique d’infrastructure dans les années 1980, PC au tournant des années 1990, 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 1980 ;
-
l’introduction des boîtiers sur supports organiques à partir du milieu des années 1990, ce qui a permis d’augmenter de manière importante le nombre de contacts (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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MOTS-CLÉS
VERSIONS
- Version archivée 1 de févr. 2005 par Xavier SAINT MARTIN
- Version archivée 2 de août 2017 par Jean-Luc DIOT
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Sigles et symboles
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9. Glossaire
ball
Bille.
bossages ; bumps
Dépôt qui permet la reprise de contact au moyen d’une bille.
bumping
Bossage.
chip ; die
Puce.
flip chip
Puce retournée.
interposer
Puce intermédiaire servant de cale mécanique ou pouvant accueillir sur chaque face des puces et pourvue de via traversants.
module électronique
Plusieurs composants électroniques interconnectés et assemblés.
pillar bumps
Interconnexions souvent surmontées de matériau fusible pour assurer le brasage (généralement en cuivre).
refusion
Séquence technique qui consiste à fondre les billes fusibles au moment de l’assemblage des puces.
solder bump
Bossage réalisé à l’aide d’un matériau fusible.
stacking
Empilement de puces.
stud bump
Bille d’or assurant l’interconnexion entre 2 plots.
tape
Film.
via
Connexion électrique (souvent en cuivre) traversant les puces ou les substrats d’interconnexions.
TSV
Via traversant dans un substrat en silicium.
underfill
Opération consistant à combler l’espace capillaire entre une puce flip chip et son substrat d’accueil.
wafer
Substrat, plaquette, tranche.
wire-bonding
Câblage filaire.
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Glossaire
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 d’interconnexion. - Lavoisier...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
JEDEC ( http://www.jedec.org) et newletter quotidienne (Jedec.SmartBrief)
Journal Électroniques ( http://www.electroniques.biz, sur abonnement) et newletter quotidienne gratuite
Yole Group ( http://www.yolegroup.com), 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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Événements organisés par IMAPS France, dont le forum MiNaPAD (Micro/Nano-Electronics Packaging and Assembly, Design and Manufacturing Forum, organisé à Grenoble).
Événements organisés par SEMI-Europe (dont SEMICON-Europa, à Munich généralement en automne)
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