Substrat IC : La Base pour le Conditionnement des Circuits Intégrés

Mots-clés : Substrat d'emballage IC

Les substrats stratifiés, les cadres de plomb, les fils de connexion, les matériaux d'encapsulation, le sous-remplissage, les matériaux de fixation des puces, les diélectriques pour l'emballage au niveau de la tranche (WLP) et les produits chimiques de placage pour WLP figurent parmi les matériaux les plus couramment utilisés dans l'emballage des circuits intégrés. Ces matériaux sont utilisés pour protéger et relier les puces de circuits intégrés à des dispositifs externes tels que les circuits imprimés, ainsi que pour assurer le contrôle thermique et le support.

Étant donné que les substrats stratifiés représentent la grande majorité de l'industrie des substrats d'emballage IC, nous les examinerons plus en détail. Les substrats de circuits intégrés sont les matériaux de base utilisés dans les boîtiers de circuits intégrés qui protègent et facilitent les connexions entre le circuit intégré et le réseau de pistes sur le circuit imprimé. Ces substrats comprennent de nombreuses couches, un noyau de support au centre, un réseau de trous de perçage et des pastilles conductrices, ce qui les rend plus difficiles à fabriquer que les circuits imprimés traditionnels.

Classifications des substrats IC

Les substrats IC peuvent être classés selon les matériaux, la structure et les techniques de fabrication. Voici quelques catégories typiques de substrats IC :

• Classification basée sur le matériau : Les substrats IC peuvent être construits à partir d'une variété de matériaux, y compris le silicium, la céramique et des matériaux organiques tels que le polyimide, le FR4 ou la résine BT.
• Classification basée sur la structure : Il existe deux catégories de substrats IC : monocouche ou multicouche. Les substrats monocouche sont utilisés dans les circuits de faible densité et les substrats multicouche sont employés pour les circuits de haute densité.
• Classification basée sur le procédé de fabrication : La méthode de fabrication utilisée peut déterminer la classification des substrats IC. La méthode peut être semi-additive, additive ou soustractive.
• Classification basée sur la technique : La technique utilisée, comme la technologie de connexion par fil (wire-bonding) ou de puce retournée (flip-chip), indique la classification des substrats IC.
• Classification basée sur l'application : Leurs applications, comme les dispositifs de puissance, les processeurs, la mémoire, les capteurs et autres, classent également les substrats IC. Les substrats IC appropriés sont choisis pour une application certaine en fonction de la fiabilité, des performances et du coût à l'aide de ces catégories.

Les substrats IC sont divisés en trois catégories : type de boîtier ou d'emballage, méthode de connexion et attributs/caractéristiques des matériaux.

Type d'emballage

Le type de substrat d'emballage IC décrit le support utilisé pour le substrat IC. Il existe divers types de boîtiers ou d'emballages, notamment :

• Substrat IC à réseau de billes (BGA) : Ce substrat convient aux boîtiers de circuits intégrés avec plus de 300 broches. Il offre de bonnes performances électriques et une bonne dissipation thermique.

• Substrat IC pour emballage à l'échelle de la puce : Cette forme de substrat est petite et fine, ce qui la rend idéale pour les boîtiers monocoups avec un faible nombre de broches (CSP).

• Substrats IC pour puce retournée (Flip-chip) : Les substrats IC pour flip-chip sont les mieux adaptés aux connexions de puce à effondrement contrôlé dans un boîtier à l'échelle de la puce à puce retournée (FCCSP). Ils offrent une dissipation thermique efficace et une protection contre la perte de circuit et les interférences de signal.
• Substrat IC pour module multipuces : Ce style d'emballage contient de nombreux circuits intégrés, chacun ayant un objectif distinct. Le substrat doit être léger, mais en raison de la nature des modules multipuces IC, il peut ne pas avoir un excellent routage, une bonne dissipation thermique ou une bonne protection contre les interférences de signal.

Technologie de Connexion

Cela fait référence à la manière dont un circuit intégré se connecte à l'emballage ou au circuit externe. La technologie de connexion est classée en de nombreuses catégories, qui incluent :

• Wire Bonding : Le type de liaison le plus courant consiste à faire passer des fils des connecteurs de la puce vers le boîtier/le support ou le circuit externe.
• Tape Automated Bonding (TAB) : Le terme "tape automated bonding" (TAB) décrit la méthode de connexion d'un circuit intégré à de fins conducteurs sur un substrat en polymères pour créer des circuits imprimés flexibles (FPC).
• Flip Chip (FC) bonding : Le montage Flip Chip (FC) est généralement réalisé à l'aide de billes ou de plots de soudure pour former les interconnexions. La liaison peut être formée via une colle polymère, une jonction soudée ou un contact de soudure.

Attributs des Matériaux

Les exigences en matière de matériaux pour les circuits intégrés varient selon leur fonction. Voici quelques-uns des matériaux de substrat les plus courants :

La résine est utilisée pour fabriquer des substrats rigides et peut inclure un film de Bismaleimide Triazine (BT), de l'époxy ou le matériau d'empilement Ajinomoto (ABF).

• Les résines polyamide ou les matériaux polyimides sont utilisés dans les substrats flex. Tous deux présentent des coefficients de dilatation thermique et des propriétés électriques similaires.
• Les matériaux céramiques, tels que l'oxyde d'aluminium, le carbure de silicium ou le nitrure d'aluminium, sont souvent utilisés pour fabriquer ce type de substrat.

Applications des substrats stratifiés

Dans le secteur électronique, les substrats stratifiés offrent un vaste champ d'applications. Les applications les plus populaires des circuits imprimés en substrat IC incluent :

• Microprocesseurs : les microprocesseurs, cerveaux des appareils électroniques, utilisent fréquemment des circuits imprimés en substrat IC. Le fonctionnement du microprocesseur repose sur ces circuits imprimés comme composant vital, car ils fournissent une base solide pour la fixation des puces de microprocesseur.
• Modules mémoire : les modules mémoire utilisent les circuits imprimés en substrat IC. Ces modules sont des éléments essentiels des appareils électroniques. Pour la fixation des puces mémoire, ces circuits imprimés servent de substrat. Ils assurent également l'efficacité et la fiabilité des modules mémoire.
• Électronique grand public : les produits électroniques grand public tels que les ordinateurs portables, les tablettes et les smartphones intègrent des circuits imprimés en substrat IC. Ces circuits imprimés fournissent une base compacte et légère pour installer les différents composants de l'appareil.
• Électronique industrielle : un grand nombre d'applications industrielles, notamment le contrôle, la robotique et l'automatisation, utilisent des circuits imprimés en substrat IC. Pour la fixation des nombreux composants électriques de ces systèmes, ces circuits imprimés offrent un substrat fiable et robuste.

Pour d'autres composants électroniques, les systèmes d'infodivertissement et les unités de contrôle moteur, l'électronique automobile emploie des circuits imprimés en substrat IC. Ces circuits imprimés sont conçus pour résister aux conditions exigeantes des applications automobiles tout en offrant des performances efficaces.

Caractéristiques des substrats stratifiés

Un substrat de circuit intégré (substrat IC) est un composant critique dans les appareils électroniques, et il possède de nombreuses propriétés fondamentales nécessaires à son bon fonctionnement. Voici quelques-unes des propriétés principales d'un substrat IC :

• Caractéristiques électriques : Les propriétés électriques d'un substrat de circuits intégrés sont importantes pour son fonctionnement réussi. Le substrat, pour une transmission correcte du signal, doit avoir une intégrité de signal suffisante et une résistance électrique minimale.
• Conductivité thermique : Pour dissiper efficacement la chaleur générée par les circuits intégrés, les substrats de circuits intégrés doivent être très conducteurs thermiques. Cette caractéristique empêche la surchauffe et le dysfonctionnement des circuits intégrés.
• Résistance mécanique : Durant l'assemblage et la manipulation, le substrat IC subit des chocs physiques et des contraintes. Ainsi, il doit être extrêmement robuste.
• Propriétés diélectriques : Pour maintenir l'intégrité du signal et minimiser la perte de signal, les substrats de circuits intégrés doivent avoir une constante diélectrique élevée.
• Résistance chimique : Tout au long des procédures de test et de fabrication, les substrats de circuits intégrés sont exposés à différentes substances chimiques. Ainsi, ils doivent être très résistants chimiquement.
• Qualités de surface : Pour l'adhésion des fils de liaison et le dépôt des couches minces, la surface d'un substrat IC doit avoir des propriétés d'adhérence élevées.
• Compatibilité : Pour une performance et un fonctionnement efficaces, les substrats de circuits intégrés et les technologies de conditionnement des circuits intégrés doivent être compatibles entre eux.
• Coût : Le substrat IC doit être raisonnablement prix pour que le dispositif électronique fini soit rentable.

Conclusion

Ce tutoriel approfondi couvre tous les éléments du substrat de conditionnement de circuits intégrés, qui sont comparables aux substrats de circuits imprimés mais plus spécialisés en raison de leur taille et de leurs matériaux. La fabrication réussie des substrats de circuits intégrés et de circuits imprimés nécessite un fabricant expert qui peut obtenir les meilleurs matériaux et utiliser des technologies de pointe pour fabriquer d'excellents circuits imprimés. Pour résister aux conditions exigeantes des applications automobiles, ces circuits imprimés sont conçus tout en offrant une performance efficace. Pour d'autres composants électroniques, les systèmes d'infodivertissement et les unités de contrôle du moteur, l'électronique automobile utilise des circuits imprimés à substrat IC. Pour résister aux conditions exigeantes des applications automobiles, ces circuits imprimés sont conçus tout en offrant une performance efficace. Les substrats de circuits intégrés (IC) sont les matériaux de base utilisés dans les boîtiers de circuits intégrés qui protègent et facilitent les connexions entre le circuit intégré et le réseau de pistes sur le circuit imprimé.