Boîtier de circuit intégré

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Un boîtier de circuit intégré (ou package) est un boîtier servant d'interface mécanique entre le composant lui-même et le circuit imprimé (également appelé PCB (Printed Circuit Board)). Il est généralement composé de plastique, parfois de céramique, rarement de métal. Certains boîtiers possèdent des fenêtres transparentes permettant par exemple l'effacement par ultraviolet de certaines mémoires (EPROM).

Boîtier Quad Flat package No leads 28 pins au pas de 0,5 mm avec une plage de dissipation thermique au centre.

Fonctions[modifier | modifier le code]

Le boîtier a différentes fonctions :

  • Assurer la jonction électrique avec l'extérieur. Plusieurs solutions sont possibles :
    • Utilisation de pins qui vont être brasés au circuit imprimé, par exemple les boîtiers DIP ou QFP
    • Des plages dorées vont être brasées par apport de pâte à braser lors du processus de brasage, par exemple les boîtiers QFN
    • Utilisation de billes de brasage pour faire la jonction entre le boîtier et le PCB, ce sont les boîtiers BGA.

La jonction entre le composant et le boîtier peut se faire de deux manières :

Exemple de bonding sur un circuit intégré Intel 8742
  1. Soit par bonding, c'est-à-dire l'utilisation de petits fils d'or ou d'aluminium de 15 à 50 µm pour réaliser la jonction entre les plages d'accueil du die aux pins. L'ensemble est noyé dans une résine d'encapsulation.
  2. Soit par assemblage flip-chip : Les plages d'accueil du composant sont recouvertes de billes d'or (quelques µm de diamètre), le tout est retourné et brasé sur le PCB
  • Assurer la dissipation thermique
Article détaillé : Résistance thermique.
  • Protéger la puce de l'environnement hostile (chocs, poussière, rayonnements)
  • Adapter le composant aux contraintes de fabrication : on passe généralement d'un pas entre pins de l'ordre de la centaine de µm[1] au mm. Les contraintes de brasage sont également optimisées (température de brasure plus élevée, procédés standard de brasage par refusion/brasage à la vague).

Classification[modifier | modifier le code]

Il existe plusieurs organismes de normalisation de renom international pour catégoriser les boîtiers de composants électroniques : JEDEC, EIAJ (Electronic Industries Association of Japan), Mil standards (Standards militaires US), SEMI (Semiconductor Equipment and Materials Institute), ANSI/IPC (Interconnecting and Packaging Electronic Circuits Standards).

Le JEDEC spécifie des familles standard : BGA, CGA, DIM, DIP, DSO, DSB, LGA, PGA, QFF, QFJ, QFN, QFP, SIM, SIP, SOF, SOJ, SON, SVP, UCI, WLB, ZIP[2].

Les boîtiers spécifiques sont définis suivant plusieurs paramètres.

TS – P DSO 2 – 44(50) / 5.3x10.2-1.27
 --     -    ---   -     ------       -------------
 |      |     |     |       |                |
 |      |     |     |       |                Informations supplémentaires
 |      |     |     |       Nombre de broches
 |      |     |     Différenciation supplémentaire pour les boîtiers SOJ/SON/DSO
 |      |     Famille (3 lettres obligatoires)
 |      Matériau
 Fonctions spécifiques (0-6 lettres)

Style de contour[modifier | modifier le code]

Il s'agit du code basique définissant la famille de boîtier : cylindrique (CY), bouton (DB), grid array (GA), IM In-Line Module(IM), IP In-Line Package(IP), Press-Pack / Press-Fit (CP/PF, boîtier assemblé à la presse sans soudure), quad flatpack (QF, broches sur les 4 côtés du boîtier), small outline (SO, broches sur 2 côtés opposés du boîtier), CMS vertical (VP), boîtier sur Die/Wafer (DS/WL), montage sur collerette (FM), forme allongée (LF), assemblage microélectronique (MA), montage à clous (PM), boitier spécifique (SS), boîtier non classifié (UC).

Fonctions spécifiques[modifier | modifier le code]

Certaines fonctionnalités non communes sont définies par la classification JEDEC sous la forme d'un préfixe de 0 à 6 lettres suivi d'un tiret[2], on trouve notamment les fenêtres optiques (C), les die empilés dans un même boîtier (A, stacked package assembly), les dissipateurs de chaleur (H), ainsi que des codes pour la hauteur du boîtier ou le pas entre broches lorsqu'ils ne sont pas conformes au standard.

Matériaux[modifier | modifier le code]

Dans la classification JEDEC[2], on peut trouver des boîtiers céramique (C lorsque scellés par du métal, G lorsque scellés par du verre), des boîtiers métal (M), en plastique moulé (P), en silicone (S), ou en ruban polyimide (T). Cette lettre est généralement en préfixe.

Broches[modifier | modifier le code]

La forme des broches est codifiée par la norme JEDEC sous forme d'une lettre généralement en suffixe : On trouve les billes (B), les pattes recourbées (C, par exemple le boitier PLCC, Gull-wing G, tels que sur les boîtiers SOIC), J-Bend, L-Bend, S-Bend, J-inversé), les oreilles pour la soudure de fils (D, H), à plat (F), isolés (I), sans pattes (N, avec des plages de soudure tels les QFN), pattes traversantes (P, T), à insertion rapide (Q, par exemple pour des relais électromécaniques), à wrapper (W), sortie filaire (W), ou à visser (Y).

XC68020 bottom p1160085.jpg
Kl Intel Pentium MMX embedded BGA Bottom.jpg
Qfj52.jpg
CQFN44 Harris.jpg
CXD2938Q 02.JPG
MFrey DIL as SMD.JPG
pins P billes B pattes recourbées C sans pattes N Gull-wing G J-Bend J
Signetics NE555N.JPG
Wire Wrapping.jpg
Relay look.JPG
Relay.jpg
IGBT 3300V 1200A Mitsubishi.jpg
pins 'through hole' T wrapping W à oreilles D à insertion rapide Q à visser Y

Position des broches[modifier | modifier le code]

La norme JEDEC définit un préfixe représentant la position des broches par rapport à un circuit :

  • rectangulaire ou carré : single (S, un seul côté), dual (D, sur 2 côtés opposés), quad (Q, sur les 4 côtés du boîtier), zig-zag (Z, en quinconce sur un côté), bottom (B), colonne (C), perpendiculaire (P)
  • cylindrique : axiale (A), radiale (R), endcaps (E, extrémités de boîtiers cylindriques)
MFrey SIL.JPG
DIL16 Labelled.svg
T3W25AF-0103 01.jpg
ZIP19(20) Toshiba DRAM 514256.jpg
Capacitors electrolytic.jpg
single S dual D quad Q zig-zag Z Axial A
radial R

Brochage[modifier | modifier le code]

En électronique tout comme en électrotechnique, le brochage d'un composant décrit le rôle de chacune des broches d'un connecteur ou d'un composant du plus simple au plus complexe des circuits intégrés. Le terme de brochage est synonyme de diagramme de connexion.

Le brochage est plus ou moins complexe :

Diodo.jpg
TO-220 Front Coloured.svg

Les différents types de boîtiers de circuits intégrés induisent des brochages très différents.

Broches d'alimentation d'un circuit intégré[modifier | modifier le code]

Brochage d'un AOP

La plupart des circuits intégrés possèdent au moins deux broches reliées au « bus d'alimentation » du circuit sur lequel ils sont installés.

La broche d'alimentation positive repérée V_\mathrm{CC+} est parfois aussi appelée V_\mathrm{DD}, V_\mathrm{CC}, ou VS+. La broche d'alimentation négative repérée V_\mathrm{CC-} est parfois aussi appelée V_\mathrm{SS}, V_\mathrm{EE} , ou VS−.

Le caractère doublé qui se trouve en indice de la lettre V fait référence au nom de la broche du transistor à laquelle cette alimentation sera généralement reliée[3]. Ainsi, les appellations V_\mathrm{CC} et V_\mathrm{EE} sont généralement réservées aux AOP bipolaire tandis que les appellations V_\mathrm{DD} et V_\mathrm{SS} sont généralement réservées aux AOP à effet de champ.

Le C de V_\mathrm{CC} signifie que l'alimentation est reliée au collecteur d'un transistor bipolaire tandis que le E de V_\mathrm{EE} signifie que l'alimentation est reliée à l'émetteur d'un transistor bipolaire. Le D de V_\mathrm{DD} fait référence au drain d'un transistor à effet de champ tandis que le S de V_\mathrm{SS} fait référence à la source de ce même transistor.

Caractérisation[modifier | modifier le code]

Caractérisation électrique[modifier | modifier le code]

La technique du pontage entraîne l'apparition de circuits RLC dont les caractéristiques ne sont pas négligeables pour des composants travaillant en haute fréquence. Les modèles de simulation IBIS ou SPICE prennent en compte ce paramètre.

Voici un ordre d'idées des caractéristiques d'un pontage standard[4], utilisant des fils d'or de 25,4 µm de diamètre :

Caractéristique Valeur pour
L=2 mm
Valeur pour
L=5 mm
Résistance 0,103 Ω 0,257 Ω
Inductance 1,996 nH 5,869 nH
Capacité 0,122 pF 0,242 pF
Inductance mutuelle 0,979 nH 3,318 nH
Capacité mutuelle 26,1 fF 48,8 fF


Caractérisation thermique[modifier | modifier le code]

Cette caractérisation est très importante en électrotechnique, mais aussi en électronique numérique. Le facteur de dissipation du boîtier peut déterminer certaines caractéristiques qui sont liées à la température comme la vitesse d'exécution d'un processeur, ou le courant de commutation d'un transistor.

Caractérisation électromagnétique[modifier | modifier le code]

Les boîtiers peuvent être conçus pour limiter le rayonnement électronique du composant qu'ils enveloppent (agresseur), ou au contraire limiter l'effet de l'environnement extérieur sur leur fonctionnement (victime). Certains secteurs d'activité tels que l'aéronautique, le spatial ou le secteur automobile font des études très poussées sur la caractérisation électromagnétique des boîtiers électroniques[5].

Notes et références[modifier | modifier le code]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]