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Mardi 23 avril 2024 - 16:38 |
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Toute l'informatique est basée sur les circuits intégrés également appelés puces électroniques. Ceux-ci sont tous logés dans divers boîtiers plus ou moins grands et aux caractéristiques diverses. Nous allons les passer en revue dans cet article.
Un boîtier de circuit intégré est un boîtier servant à la fois de jonction électrique et d'interface mécanique entre la puce du circuit intégré et le circuit imprimé. 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 de circuit intégré de type CDIP à 24 broches
Fonctions
Le boîtier a différentes fonctions :
- Assurer la jonction électrique avec l'extérieur. Plusieurs solutions sont possibles :
- Utilisation de broches qui vont être brasées 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 circuit imprimé, ce sont les boîtiers BGA.
- Assurer la dissipation 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 broches de l'ordre de la centaine de µm au mm. Les contraintes de brasage sont également optimisées (température de brasure plus élevée, procédés standard de brasage par refusion/brasage à la vague).
- Soit par câblage par fil, ou pontage, 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 dé (die) aux broches.
La soudure est généralement réalisée par ultrasons et l'ensemble est noyé dans une résine d'encapsulation.
Le dé est le morceau rectangulaire résultant de la découpe d'un wafer sur lequel un circuit intégré a été fabriqué.
Pontage d'un circuit
Exemple de pontage sur un circuit Intel 8742
- Soit par assemblage par puce retournée (alias "flip-chip") : les plages d'accueil de la puce
sont recouvertes de billes d'or (quelques µm de diamètre), le tout est retourné et brasé sur le circuit imprimé.
Puce retournée
Il existe plusieurs organismes de normalisation de renom international pour catégoriser les boîtiers de puces électroniques : JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council), EIAJ (Electronic Industries Association of Japan), Mil standards (Standards militaires US), SEMI (Semiconductor Equipment and Materials Institute) et ANSI/IPC (Interconnecting and Packaging Electronic Circuits Standards).
Le JEDEC spécifie par exemple ces familles standard : BGA, CGA, DIM, DIP, DSO, DSB, LGA, PGA, QFF, QFJ, QFN, QFP, SIM, SIP, SOF, SOJ, SON, SVP, UCI, WLB et ZIP2.
Liste de boîtiers
Voici une liste des principaux boîtiers de circuit intégré avec leur acronyme, nom complet et type (entre parenthèses).
| Acronyme | Nom complet | Type |
| BCC | Bump Chip Carrier | Support sur puce |
| BGA | Ball-Grid Array | Matrice à billes |
| BL | Beam Lead technology | Boîtier à l'échelle du circuit |
| BQFP | Bumpered Quad Flat Package | Boîtier plat |
| BQFPH | Bumpered Quad Flat Package with Heat spreader | Boîtier plat |
| CBGA | Ceramic Ball-Grid Array | Matrice à billes |
| CCGA | Ceramic Column-Grid Array | Montage en surface |
| CDIP | Ceramic Dual In-line Package | Broches traversantes |
| CERDIP | Glass-sealed Ceramic Dual In-line Package | Broches traversantes |
| CERPACK | CERamic PACKage | Montage en surface |
| CFP | Ceramic Flat Package | Boîtier plat |
| CGA | Column-Grid Array | Montage en surface |
| CLCC | Ceramic Lead-less Chip Carrier | Support sur puce |
| CLCC | Ceramic Leaded Chip Carrier | Support sur puce |
| COB | Chip-On-Board | Boîtier à l'échelle du circuit |
| COF | Chip-On-Flex | Boîtier à l'échelle du circuit |
| COG | Chip-On-Glass | Boîtier à l'échelle du circuit |
| CPGA | Ceramic Pin-Grid Array | Grille de broches |
| CQGP | Ceramic Quad Gold Plating | Montage en surface |
| CQFP | Ceramic Quad Flat Package | Boîtier plat |
| CSOP | Ceramic Small-Outline Package | Boîtier à petit contour |
| CSP | Chip-Scale Package | Boîtier à l'échelle du circuit |
| DIP | Dual In-line Package | Broches traversantes |
| DLCC | Dual Lead-less Chip Carrier | Support sur puce |
| DNP | Dual Flat Package | Boîtier plat |
| DSBGA | Die Size Ball-Grid Array | Matrice à billes |
| EQFP | Enhanced Quad Flat Package | Boîtier plat |
| ETQFP | Exposed Thin Quad Flat Package | Boîtier plat |
| FBGA | Fine-pitch Ball-Grid Array | Matrice à billes |
| FCPGA | Flip-Chip Pin-Grid Array | Grille de broches |
| FQFP | Fine-pitch Quad Flat Package | Boîtier plat |
| HQFP | Heat sinked Quad Flat Package | Boîtier plat |
| HSOP | Thermally-enhanced Small-Outline Package | Boîtier à petit contour |
| HVQFN | Heat-sink Very Quad Flat package No-leads | Boîtier plat |
| LBGA | Low-profile Ball-Grid Array | Matrice à billes |
| LCC | Lead-less Chip Carrier | Support sur puce |
| LCC | Leaded Chip Carrier | Support sur puce |
| LFBGA | Low-profile Fine-pitch Ball-Grid Array | Matrice à billes |
| LGA | Land Grad Array | Montage en surface |
| LLP | Lead-less Lead-frame Package | Montage en surface |
| LTCC | Low-Temperature Co-fired Ceramic | Montage en surface |
| MAP-BGA | Mold Array Process - Ball-Grid Array | Matrice à billes |
| MCM | Multi-Chip Module | Montage en surface |
| MDIP | Molded Dual In-line Package | Broches traversantes |
| mini-SOIC | Mini Small-Outline Integrated circuit | Boîtier à petit contour |
| MQFP | Metric Quad Flat Package | Boîtier plat |
| MSOP | Mini Small-Outline Package | Boîtier à petit contour |
| OBGA | Organic Ball-Grid Array | Matrice à billes |
| ODFN | Optical Dual Flat No-leads | Boîtier plat |
| OPGA | Organic Pin-Grid Array | Grille de broches |
| PAC | Pin Array Cartridge | Grille de broches |
| PBGA | Plastic Ball-Grid Array | Matrice à billes |
| PDIP | Plastic Dual In-line Package | Broches traversantes |
| PGA | Pin-Grid Array | Grille de broches |
| PLCC | Plastic Leaded Chip Carrier | Support sur puce |
| PQFN | Power Quad Flat Package | Boîtier plat |
| PQFP | Plastic Quad Flat Package | Boîtier plat |
| PSON | Plastic Small-Outline No-lead Package | Boîtier à petit contour |
| PSOP | Plastic Small-Outline Package | Boîtier à petit contour |
| QDIP | Quadruple In-line Package | Broches traversantes |
| QFP | Quad Flat Package | Boîtier plat |
| QNF | Quad flat No-leads Package | Boîtier plat |
| QSON | Quarter-size Small-Outline Package | Boîtier à petit contour |
| SBGA | Super Ball-Grid Array | Matrice à billes |
| SDIP | Skinny Dual In-line Package | Broches traversantes |
| SDIP | Shrink Dual In-line Package | Broches traversantes |
| SIP | Single In-line Package | Broches traversantes |
| SOIC | Small-Outline Integrated Circuit | Boîtier à petit contour |
| SOJ | Small-Outline J-leaded package | Boîtier à petit contour |
| SOP | Small-Outline Package | Boîtier à petit contour |
| SQFP | Small Quad Flat Package | Boîtier plat |
| SSOP | Shrink Small-Outline Package | Boîtier à petit contour |
| TBGA | Thin Ball-Grid Array | Matrice à billes |
| TCSP | True Chip-Scale Package | Boîtier à l'échelle du circuit |
| TDSP | True Die-Size Package | Boîtier à l'échelle du circuit |
| TEPBGA | Thermally-Enhanced Plastic Ball-Grid Array | Matrice à billes |
| TFBGA | Thin Fine-pitch Ball-Grid Array | Matrice à billes |
| TSOP | Thin Small-Outline Package | Boîtier à petit contour |
| TSSOP | Thin Shrink Small-Outline Package | Boîtier à petit contour |
| TVSOP | Thin Very Small-Outline Package | Boîtier à petit contour |
| µBGA | Micro Ball-Grid Array | Matrice à billes |
| µCSP | Micro Chip-Scale Package | Matrice à billes |
| UFBGA | Ultra-Fine Ball-Grid Array | Matrice à billes |
| UQFN | Ultra thin Quad Flat package No-leads | Boîtier plat |
| VQFP | Very small Quad Flat Package | Boîtier plat |
| VTQFP | Very Thin Quad Flat Package | Boîtier plat |
| WCSP | Wafer-level Chip-Scale Package | Boîtier à l'échelle du circuit |
| WQFP | Very very thin Quad Flat Package | Boîtier plat |
| WSON | Very-very-thin Small-Outline No-lead package | Boîtier à petit contour |
| ZIP | Zig-zag In-line Package | Broches traversantes |
Les boîtiers spécifiques sont définis suivant plusieurs paramètres. Par exemple, pour un boîtier TS - P DSO 2 - 44(50) / 5.3x10.2-1.27 :
- TS : cela définit les fonctions spécifiques sur 0 à 6 lettres.
- P : pour le matériau.
- DSO : la Famille définie sur trois lettres obligatoires.
- 2 : c'est une différenciation supplémentaire pour les boîtiers SOJ/SON/DSO.
- 44(50) : le nombre de broches.
- 5.3x10.2-1.27 : des informations supplémentaires.
- C (fenêtres optiques)
- A (dés empilés dans un même boîtier)
- H (dissipateurs de chaleur)
Le style de contour est le code basique définissant la famille de boîtier, il est codifié avec deux lettres :
- CP (Clamped Package - boîtier assemblé à la presse sans soudure)
- CY (Cylinder ou Can - cylindrique)
- DB (Disk Button - bouton)
- DS (Die-size Array - à la taille du dé)
- FM (Flange Mount - montage sur collerette)
- GA (Grid Array - grille)
- IM (In-line Module - module en ligne)
- IP (In-line Package - boîtier en ligne)
- LF (Long Form - forme allongée)
- MA (Microelectronic Assembly - assemblage microélectronique)
- PF (Press Fit - boîtier assemblé à la presse sans soudure)
- PM (Post ou Stud Mount - montage à clous)
- QF (Quad Flatpack - broches sur les quatre côtés du boîtier)
- SO (Small Outline - broches sur deux côtés opposés du boîtier)
- SS (Special Shape - boîtier spécifique)
- UC (Uncased Chip - boîtier non classifié)
- VP (Vertical Surface-Mount Package - boîtier monté verticalement en surface)
- WP (Wafer-level Array)
Les matériaux utilisés pour les boîtiers de circuit imprimé sont divers. Pour les identifier, le JEDEC utilise un préfixe d'une lettre :
- C (céramique scellé par du métal)
- G (céramique, scellé par du verre)
- M (métal)
- P (plastique moulé)
- S (silicone)
- T (polymère, généralement ruban polyimide)
Un code d'une lettre, accompagnée parfois d'un chiffre, est également attribué pour les boîtiers en fonction de leur hauteur de base ("seated height") :
- B (thick >2,45 mm)
- B1 (very thick, entre 2,45 mm et 3,50 mm)
- B2 (extra thick >3,50 mm)
- L (low, entre 1,20 et 1,70 mm)
- T (thin, entre 1,00 et 1,20 mm)
- V (very thin, entre 0,80 et 1,00 mm)
- W (very very thin, entre 0,65 et 0,80 mm)
- U (ultra thin, entre 0,50 et 0,65 mm)
- X (extremely thin, >0,50 mm)
- X1 (extra-thin, entre 0,40 et 0,50 mm)
- X2 (super-thin, entre 0,30 et 0,40 mm)
- X3 (paper-thin, entre 0,25 et 0,30 mm)
- X4 (die-thin, moins de 0,25 mm)
- <rien> (boîtier de taille standard, entre 1,70 et 2,45 mm)
- E (enlarged, >1,27 mm pour les DSO et SOJ, ou >0,100 mm pour les DIP)
- S (shrink, <1,78 mm pour les DIP)
- F (fine, <0,50 mm pour les QFP et DSO)
- I (interstice)
- R (corps rectangulaire)
- <rien> (taille standard, par exemple de 0,070 mm pour les boîtiers DIP)
- b1 (0,75 mm)
- b2 (0,60 mm)
- b3 (0,50 mm)
- b4 (0,45 mm)
- b5 (0,40 mm)
- b6 (0,35 mm)
- b7 (0,30 mm)
- b8 (0,25 mm)
- b9 (0,17 mm)
 Définition des dimensions |
C : espace entre la puce et le circuit imprimé. H : hauteur totale. T : épaisseur de la broche. L : longueur totale. O : espace entre l'extrémité de la puce et la première broche. LW : largeur de la broche. LL : longueur de la broche (entre le boîtier et l'extrémité de la broche). P : pas (distance entre deux conducteurs). WB : largeur de la puce. WL : largeur de broche à broche. |
Informations supplémentaires
Un champ d'informations supplémentaires peut apparaître dans le nom de code d'un boîtier. On le place après une barre oblique (/). Les informations supplémentaires peuvent être les dimensions du boîtier, un code d'une société ou autre. Exemple : PQFP-68/bumpered, english pitch.
Forme des broches
La forme des broches est codifiée par la norme JEDEC sous forme d'une lettre généralement en suffixe :
- B (Ball - billes)
- C (C bend - broches recourbées en forme de "C")
- D (Solder lug - oreilles pour la soudure de fils)
- F (Flat - à plat)
- G (Gull wing - en aile de mouette)
- H (High-current cable)
- I (Insulated - isolés)
- J (J bend - broches recourbées en forme de "J")
- L (L bend - broches recourbées en forme de "L")
- N (No lead - sans broche)
- P (Pin - broches traversantes)
- Q (Quick connect - à insertion rapide)
- R (Wraparound - à wrapper)
- S (S bend - broches recourbées en forme de "S")
- T (Through-hole - broches traversantes)
- U (J inverted - broches recourbées en forme de "J" inversé)
- W (Wire - sortie filaire)
- Y (Screw - à visser)
Broches traversantes (P) et billes (B)
Broches recourbées (C) et sans broches (N)
Aile en mouette (G) et J-Bend (J)
Broches traversantes (T) et à oreilles (D)
A insertion rapide (Q) et à visser (Y)
Fil enroulé (W)
Illustration des formes des broches
La norme JEDEC définit un préfixe représentant la position des broches par rapport au circuit intégré :
- A (Axial - axial cylindrique)
- B (Bottom - bouton rectangulaire ou carré)
- C (Column - colonne rectangulaire ou carrée)
- D (Dual - rectangulaire ou carré sur deux côtés opposés)
- E (End - extrémités d'un boîtier cylindrique)
- P (Perpendicular - perpendiculaire rectangulaire ou carré)
- Q (Quad - rectangulaire ou carré sur les quatre côtés du boîtier)
- R (Radial - radial cylindrique)
- S (Single - rectangulaire ou carré sur un seul côté)
- Z (Zig-zag - rectangulaire ou carré en quinconce sur un côté)
Position Dual D et Quad Q
Position Single S et Zig Zag Z
En électronique tout comme en électrotechnique, le brochage d'une puce décrit le rôle de chacune des broches d'un connecteur ou d'une puce 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. Le brochage le plus simple est celui d'une diode (deux broches : anode et cathode) ensuite viennent les transistors (trois broches). Les brochages les plus complexes sont ceux des microprocesseurs. Les différents types de boîtiers de circuits intégrés induisent des brochages très différents.
Brochage simple d'une diode
Brochage de quelques transistors
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 VCC+ est parfois aussi appelée VDD, VCC ou VS+. La broche d'alimentation négative repérée VCC- est parfois aussi appelée VSS, VEE 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. Ainsi, les appellations VCC et VEE sont généralement réservées aux AOP bipolaire tandis que les appellations VDD et VSS sont généralement réservées aux AOP à effet de champ.
Transistor bipolaire monté en surface
Transistor à effet de champ
Caractérisation
Caractérisation électrique
La technique du pontage entraîne l'apparition de circuits RLC (circuit linéaire contenant une résistance électrique, une bobine (inductance) et un condensateur (capacité)) dont les caractéristiques ne sont pas négligeables pour des puces travaillant en haute fréquence. Les modèles de simulation IBIS (utilisé pour les simulations en électronique numérique) ou SPICE (simulation généraliste de circuits électroniques analogiques) prennent en compte ce paramètre.
Voici un ordre d'idées des caractéristiques d'un pontage standard, 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
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
Les boîtiers peuvent être conçus pour limiter le rayonnement électronique de la puce 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.
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