Substrat De Boîtier IC - Le parcours de développement de la technologie d'emballage de puce IC

Les puces de circuits intégrés doivent être encapsulées, car les puces doivent être isolées du monde extérieur pour empêcher la poussière et les impuretés dans l'air de corroder le circuit de la puce

Provoque une baisse des performances électriques et même une défaillance des fonctions électriques. Par boîtier, on peut également dire un boîtier pour le montage d'une puce de circuit intégré semi - conducteur. Il joue non seulement le rôle de placer, de fixer, de sceller, de protéger la puce et d’améliorer la conductivité thermique, « c’est aussi un pont entre le monde intérieur de la puce et les circuits externes sur la puce.

Les points de collage sont reliés par des fils aux broches du boîtier d'encapsulation, ces broches étant reliées à d'autres appareils par des fils sur la carte de circuit imprimé. En outre, il existe des spécifications standard pour la taille, la forme, le nombre de broches, l'espacement et la longueur du boîtier. Il facilite non seulement l'encapsulation et l'usinage des circuits intégrés, mais également l'intégration des circuits intégrés et des cartes de circuits imprimés, les lignes de production et les équipements de production associés étant universels. Ceci est très pratique pour les utilisateurs d'encapsulation, les fabricants de cartes et les fabricants de semi - conducteurs, et facile à normaliser.

En général, un boîtier de circuit intégré a trois fonctions principales: 1. Protection physique; 2. Connexion électrique; 3. Normalisation.

Par conséquent, l'emballage doit avoir de fortes propriétés mécaniques, des propriétés de dissipation thermique et une stabilité chimique; Bonnes propriétés électriques; L'encapsulation de circuits intégrés progresse constamment avec le développement des circuits intégrés. Avec le développement continu de diverses industries telles que l'industrie militaire, l'aérospatiale, l'aviation, les machines, etc., la machine entière évolue également vers la multifonction, la miniaturisation, ce qui nécessite l'intégration de circuits intégrés. De plus en plus haut, les fonctions sont de plus en plus complexes et nécessitent en conséquence une densité de boîtiers de circuits intégrés de plus en plus grande, une fréquence d'application de plus en plus élevée, une résistance à la température de plus en plus grande, un nombre croissant de conducteurs, un volume de plus en plus important. Moins de poids, moins de poids.

L'histoire de l'encapsulation des puces IC des années 1960 aux années 1970: l'encapsulation DIP (Dual Inline plug - in) avec l'avènement de l'IC, la production de la machine entière est principalement axée sur les dispositifs discrets, l'IC étant un complément. À ce stade, les besoins techniques sont simplement à la recherche d'un travail plus stable. Parce que d'une part, la fabrication des puces IC est encore à ses balbutiements et le degré d'intégration est faible; D'autre part, de l'électronique au transistor, l'ensemble de la machine elle - même est considérablement réduit en volume, de sorte qu'il n'y a plus d'exigences pour le boîtier IC. Ainsi, à ce stade, les exigences d'assemblage par soudage à la vague des cartes de circuits imprimés (PCB) sont satisfaites en utilisant le boîtier le plus facile à mettre en oeuvre, représenté par DIP (Dual - column inline plug), complété par SIP (Single - row inline plug) et PGA (Pin Grid Array). À ce stade, l'espacement des fils est d'environ 2,54 MM.

Années 1980: boîtier en plastique avec porte - puce (PLCC), boîtier compact Quad Flat Package (qfp) avec l'introduction de la technologie de montage en surface (SMT) en 1978, la taille de la machine entière a été réduite, tout comme la surface de la carte. La technologie SMT a suivi la tendance du développement, le soudage par refusion a remplacé le soudage par crête, améliorant encore le bon taux de PCB et imposant également de nouvelles exigences pour l'emballage IC. Le développement de la technologie de fabrication de puces IC répond à ses exigences. IC Packaging a développé un support de puce de plomb en plastique (PLCC) avec un pas de fil de 1,27 mm et un boîtier plat quadripartite (qfp) avec un pas de fil de 0,8 à 1,0 mm. Format de boîtier compact complété par des boîtiers tels que le mini - Dual Inline plug - in (S - Dip), l'espacement des broches de 1778 mm, le mini - boîtier (SOP), l'espacement des broches de 1778 mm et le boîtier de soudage automatique à bande porteuse (TAP). Les formes se diversifient. Cependant, il n'y a qu'un seul objectif: réduire la surface pour suivre la tendance à la miniaturisation, à la minceur et à l'automatisation de l'assemblage de l'électronique.

Début et milieu des années 1990: Small form package à pas étroit (ssop), Squad Flat Package à pas étroit (sqfp), Ball Grid Array (BGA) Packaging avec le développement rapide de la technologie informatique, l'industrie informatique représentée par les ordinateurs personnels (PC) a connu un développement rapide de 386 à 486 à 586. À chaque génération, le degré d'intégration de l'IC et la vitesse à laquelle il a soutenu son développement ont franchi une étape. D'une part, l'extension de l'ordinateur aux postes de travail haut de gamme et aux supercalculateurs; D'autre part, Microsoft, en particulier, a introduit le système d'exploitation Windows d'époque qui a fait passer les ordinateurs des experts aux civils, des entreprises aux ménages, apportant ainsi des changements qualitatifs et quantitatifs majeurs à l'industrie informatique. À l'heure actuelle, les PLCC, qfp et SOP d'origine ne répondent plus à leurs besoins de développement. Dans PCB SMT, un boîtier plus petit et plus mince a été introduit. Le Small form package (ssop) à espacement étroit est utilisé avec l'espacement des broches. 0,65 mm, boîtier plat à quatre broches à espacement étroit (sqfp), avec un espacement des broches de 0,65 mm comme forme de boîtier représentative; En particulier, il a été proposé une forme de boîtier pour un réseau de grille à billes (BGA) avec des fils internes, typiques des BGA disposés organiquement. Le fond remplace le cadre de fil dans un boîtier traditionnel, augmentant considérablement les broches de sortie de l'IC, ce qui facilite la mise en œuvre de la forme qfp originale à 400 broches d'un SMT difficile dans un BGA, ce qui permet d'appliquer en pratique les fonctions de haut niveau d'intégration de la puce IC.

Le volume d'information a considérablement augmenté dans le monde entier au milieu et à la fin des années 1990, avec l'essor de l'industrie informatique, l'essor des communications sans fil et l'avènement du multimédia. L'échange et la transmission d'informations et de données permettent d'atteindre de grandes capacités, des vitesses élevées et la numérisation, ce qui favorise le développement de dispositifs électroniques d'information performants et performants. Le développement rapide de l'intégration et de la haute fiabilité a permis à l'industrie de l'information électronique de se développer rapidement; La technologie clé qui sous - tend son développement est la technologie d'assemblage IC, y compris l'emballage IC et la technologie PCB SMT. Un boîtier IC est une unité d'un dispositif d'information électronique. Ces dernières années, il est entré dans une période de développement rapide, où de nouvelles formes d'emballage sont constamment apparues et appliquées. L'emballage IC n'est pas seulement une manifestation fonctionnelle de la puce IC, mais également une protection de la puce; Dans le même temps, il répond également aux exigences croissantes en matière de performance, de fiabilité, de dissipation de chaleur et de distribution d'énergie à un certain coût, y compris les exigences suivantes: 1) L'augmentation de la vitesse de la puce et de la puissance de traitement nécessite plus de broches, une fréquence d'horloge plus rapide et une meilleure distribution d'énergie. 2) nécessite plus de fonctionnalités, une consommation d'énergie plus faible et une taille plus petite. 3) rendre l'électronique Assemblée plus mince, plus légère et plus petite. 4) plus conforme aux exigences environnementales. 5) Le prix est moins cher.

Tendances de l'emballage IC

La technologie d'emballage a un énorme coup de pouce dans le développement des matériaux d'emballage. À son tour, le développement des matériaux d'emballage fera progresser le développement de la technologie d'emballage. Les deux se renforcent et se conditionnent mutuellement. Ces dernières années, les matériaux d'emballage ont montré une tendance à la croissance rapide. En 2003, les ventes mondiales totales de matériaux d'emballage ont atteint 7,9 milliards de dollars, dont 2 milliards de dollars pour les substrats d'emballage rigides, 320 millions de dollars pour les substrats de Polyimide malléable (PI) et les substrats de liaison automatique à bande (tab) et 2,62 milliards de dollars pour les cadres de connexion. Parmi eux, 1,28 milliard de dollars pour les fils métalliques, 1,25 milliard de dollars pour les plastiques moulés, 240 millions de dollars pour la colle à patch et 90 millions de dollars pour la résine polyimide.

Matériau d'encapsulation époxy liquide 70 millions de dollars, sous - charge liquide 40 millions de dollars, billes de micro - soudure 60 millions de dollars. En 2008, les ventes mondiales de matériaux d'emballage ont atteint 12 milliards de dollars, soit un taux de croissance annuel de 20%.

Un par un, l'état actuel et les tendances de développement de plusieurs matériaux d'emballage de circuit intégré qui sont les plus étroitement liés et en même temps les plus critiques pour l'emballage de circuit intégré sont exposés.

Epoxy Mould Plastics (EMC) EMC est un leader dans le domaine des matériaux d'encapsulation de circuits intégrés en raison de son faible coût, de sa simplicité de processus et de son aptitude à la production de masse. Actuellement, la CEM est utilisée dans 97% des boîtiers de circuits intégrés dans le monde. Avec le développement rapide des circuits intégrés et des technologies d'encapsulation, EMC montre de plus en plus son rôle fondamental et de soutien.

Le développement technologique des produits d'étanchéité en plastique époxy montre les tendances suivantes:

1. Pour répondre au besoin de VLSI d'évoluer vers des densités élevées et des nombres d'E / s élevés, il évolue vers des formes d'encapsulation telles que BGA qui s'adaptent aux densités élevées et aux nombres d'E / s élevés.) Développement directionnel;

2. Pour s'adapter à la demande croissante rapide de produits électroniques portables représentés par des téléphones portables, des ordinateurs portables, des écrans plats, etc., s'adapter à la miniaturisation, à la minceur, à l'asymétrie, au développement de l'emballage à faible coût (CSP / qfn);

3. Pour répondre aux exigences de la soudure sans plomb et de la protection de l'environnement verte, le développement rapide vers la haute résistance à la chaleur et la direction ignifuge sans brome.

Substrat d'emballage multicouche haute densité le substrat d'emballage multicouche haute densité est principalement utilisé comme transition électrique entre les puces semi - conductrices et les circuits imprimés traditionnels (PCB), tout en assurant la protection, le support et la dissipation de chaleur des puces. Les substrats encapsulés représentent une part importante du coût de fabrication des dispositifs encapsulés avancés à base de BGA et de CSP, pouvant atteindre respectivement 40 à 50% et 70 à 80%.

Le matériau d'encapsulation époxy liquide est le matériau d'encapsulation représentatif de la troisième révolution de la technologie d'encapsulation microélectronique. Il s'agit de l'un des matériaux d'encapsulation clés requis pour les BGA et les CSP, principalement les sous - couches époxy liquides (underfill) et les matériaux d'encapsulation de puces époxy liquides (encapsulants) de catégorie 2 de FC - BGA / CSP.

Les résines photosensibles polymères comprennent principalement trois types: les résines photosensibles Polyimide (pspi), les résines photosensibles BCB et les résines photosensibles époxy. Ils sont principalement utilisés dans les processus de fabrication de billes et d'empilement multicouche (bum) pour les matrices de billes de soudage de surface sur puces BGA et CSP. L'isolation inter - couches Encapsulant la ligne de signal épitaxiée de base est un matériau d'encapsulation clé pour BGA / CSP.

Colle conductrice / thermique colle conductrice / thermique haute performance comprend principalement une colle conductrice, une colle conductrice de chaleur, etc., principalement utilisée pour coller la puce IC sur le cadre de connexion ou le substrat. Les colles conductrices et thermiques les plus courantes actuellement sur le marché sont principalement des résines époxy ou des esters de polyuréthane, des résines de silicone, etc. sont des résines matricielles chargées de poudre d'argent conductrice en feuille (ou d'alumine, de nitrure de silicium, etc.), puis des agents de durcissement, des accélérateurs, des tensioactifs, des agents de couplage, etc. sont ajoutés pour atteindre les propriétés globales souhaitées. Dans le même temps, pour répondre aux exigences élevées de résistance à la chaleur des produits électroniques, le Polyimide peut également être utilisé comme résine matricielle. Les colles conductrices époxy peuvent être divisées en deux catégories: les colles conductrices isotropes et les colles conductrices anisotropes. Selon la composition, la colle conductrice époxy est divisée en deux formes monocomposant et bi - composant. Actuellement, un seul ingrédient est la forme principale.

Traitement électrostatique des systèmes d'encapsulation avec le développement de la technologie des circuits intégrés à l'échelle micrométrique, submicronique, submicronique profonde et nanométrique, la couche isolante interne des circuits intégrés devient de plus en plus mince, leurs propriétés antistatiques sont de plus en plus faibles, l'utilisation à grande échelle de matériaux qui génèrent et accumulent des charges électriques, tels que les plastiques, le caoutchouc, etc., et une protection électrostatique insuffisante lors de l'utilisation, ce qui entraîne des dommages de plus en plus graves aux circuits intégrés par décharge électrostatique. Il est donc impératif de mettre en place des mesures de protection électrostatique pertinentes. La protection électrostatique des circuits intégrés doit être considérée en combinaison avec de nombreux facteurs tels que la conception de la puce, l'usinage de la plaquette et l'encapsulation. Les décharges électrostatiques sont inextricablement liées aux performances, à la bonne performance et à la fiabilité des circuits intégrés. La puce est généralement conçue par la structure de circuit de protection ESD de pince de puissance, l'architecture de circuit de protection ESD de bus de puissance et la dérivation de courant, etc., en utilisant des technologies telles que la grille semi - flottante, le ballast, le couplage de substrat pour améliorer le circuit, de sorte que Le circuit est efficacement protégé pendant la décharge électrostatique. Les mesures de protection électrostatique des lignes d'usinage de plaquettes et d'encapsulation de circuits intégrés sont similaires. Les décharges électrostatiques peuvent endommager les circuits intégrés, provoquant des défaillances destructrices, potentielles et lentes. Les circuits qui ont été complètement percés et endommagés par l'électricité statique lors de l'encapsulation peuvent être rejetés lors de la production ou des essais; Mais s'ils ne sont pas complètement endommagés par une décharge électrostatique, le circuit présente un risque potentiel de fiabilité. Même avec des instruments complexes, il est difficile de détecter les changements de performance. Cependant, avec l'utilisation du circuit électrique, les dommages accumulés causés par les décharges électrostatiques s'aggravent et deviennent graves.

Provoque une défaillance du circuit. Une protection électrostatique efficace du système est donc importante pour garantir la qualité et la fiabilité de la fabrication de la ligne d'encapsulation de circuits intégrés.

La défaillance précoce des circuits intégrés est un facteur majeur affectant la qualité interne des produits électroniques et des machines entières. Les formes de défaillance précoce sont variées et les cratères à la surface des copeaux sont un facteur clé. Il est bien connu que l'encapsulation de circuit intégré est la connexion de la puce et du cadre de connexion avec des fils électriques par soudage à la pression, puis l'encapsulation avec un agent d'encapsulation plastique, fournissant une sortie et une protection pour la puce de circuit intégré, évitant les dommages causés par des facteurs humains ou environnementaux, assurant ainsi la stabilité du circuit intégré, qui peut fonctionner de manière fiable. Par fosse, on entend le phénomène de destruction de la couche d'aluminium des plots d'aluminium de la puce et du composé de silicium sous - jacent en raison de divers facteurs lors de l'encapsulation du circuit collecteur. Avec le développement rapide de la technologie de conception de circuits intégrés, la miniaturisation et la multifonctionnalisation des puces ont conduit à l'émergence du câblage multicouche dans la conception des puces, et le nombre de produits avec des dispositifs et des circuits sous des plots d'aluminium augmente. Dans le même temps, la technologie de fil de cuivre et la technologie de plantation de boules sont également apparues. Afin d'améliorer la fiabilité des produits, il devient de plus en plus important d'éviter les soudures IC et les défaillances précoces à la demande des clients pour des produits de haute qualité et à faible coût tels que la technologie d'emballage.

IC Packaging Perspectives

D'un point de vue technique, l'encapsulation IC a évolué de DIP à wlpcsp et soc, permettant une transition fonctionnelle de la surface à la couche interne, allant du simple au complexe. Les technologies d'encapsulation futures seront combinées avec la fabrication de puces SMT et IC, ce qui donnera deux extrêmes à l'encapsulation IC.

1. Pour les dispositifs électroniques complexes et multifonctionnels, l'emballage deviendra plus complexe et l'intégration technique sera encore renforcée en raison de la nécessité de réaliser une intégration multifonctionnelle.

2. Grâce au soc, l'intégration du système simplifiera la performance externe des appareils électroniques ayant des fonctions communes. L'Encapsulation IC reviendra encore dans une certaine mesure.

Du point de vue des besoins sociaux, de la simple radio à l'ordinateur personnel en passant par les supercalculateurs complexes d'aujourd'hui, l'industrie informatique est en plein essor et les besoins sociaux seront également polarisés: 1. Transmettez l'électronique avec des TI publiques plus puissantes et plus sophistiquées, construisez un pont pour la transmission à grande vitesse de l'information. 2. Les biens de consommation électroniques personnels qui répondent aux besoins du public final, tels que les PC, les téléphones portables, les fournitures de bureau électroniques, etc., évoluent vers la miniaturisation et la personnalisation: les besoins de la société s’étendront également vers la diversification et l’écologisation.

Comme le montrent les lois ci - dessus, l'emballage IC s'étend d'une part à un niveau supérieur: haute densité, haute vitesse, haute fiabilité, diversification et protection de l'environnement sont les principales tendances de son développement et de son avenir. D'autre part, certaines formes d'encapsulation qui existaient déjà au cours du processus de développement seront encore présentes pendant un certain temps: car avec une intégration accrue et des fonctionnalités améliorées, la machine entière d'origine peut être transformée en une seule puce, comme le semi - conducteur de départ. Les radios ont évolué en radios monolithiques, assez petites pour tenir dans les oreilles.