Technologie PCB - Rôle de l'installation de la puce sur le PCB

Les circuits imprimés plus petits, y compris les circuits rigides et souples, nécessitent l'une des trois méthodes de placement des puces, en fonction de l'application. La technologie a été le seul domaine de la fabrication de semi - conducteurs pendant de nombreuses années et a maintenant été transférée aux processus et procédés de fabrication de circuits imprimés (PCB) d'aujourd'hui.

Ce ne sont pas les anciens PCB traditionnels que nous avons utilisés en grandissant; Au lieu de cela, ils sont un nouveau type de carte, principalement de petits circuits rigides et flexibles, ou une combinaison des deux, appelée combinaison rigide et flexible. De plus en plus de petits appareils électroniques, tels que les wearables, les appareils portables et les appareils IOT, sont basés sur ces cartes à microcircuit mises à jour.

En 2019 et à l'avenir, la microélectronique jouera un rôle crucial, car l'électronique avancée d'aujourd'hui réduit l'espace des PCB. L'une des raisons de la réduction de la taille des cartes est que la taille des composants diminue également, devenant de plus en plus fine et qu'il devient de plus en plus difficile d'assembler, d'inspecter et de tester les produits.

Par exemple, beaucoup de ces petits PCB ne peuvent pas être assemblés et fabriqués par des lignes de PCB traditionnelles. De plus en plus de ces cartes doivent être soumises à des boîtiers microélectroniques spécialisés, y compris des connexions par fil et des connexions par puce.

La connectivité par puce est un domaine relativement nouveau dans la fabrication de petits PCB. En bref, c'est le processus de connexion d'une puce ou d'une puce à son boîtier, à son substrat ou à un circuit rigide, flexible ou rigide. En fait, il peut même s'agir de connecter une puce à une autre.

La méthode de montage de la puce à utiliser dépend de la conductivité thermique et de la dissipation thermique. Par conséquent, avant le processus de connexion des puces, chaque puce doit subir une inspection et une analyse minutieuses de la conductivité thermique pour déterminer la chaleur qu'elle va libérer.

Les chips apparaissent généralement dans des rubans adhésifs, des gaufres ou des plateaux de gaufres. Le plateau à biscuits gaufre ou chipset a de nombreuses puces tranchées (Figure 1).

Figure 1: gaufre avec puce (Source: nexlogic technologies)

Le processus de connexion de la puce commence lorsque la puce cible est retirée du plateau à gaufres ou du boîtier à gaufres par un petit outil d'aspiration sous vide (Figure 2).

Figure 2: outil d'aspiration sous vide pour ramasser les puces (Source: nexlogic technologies)

Après avoir libéré la puce sous vide, elle est alignée avec précision avec le substrat ou le PCB, puis connectée en permanence en utilisant l'une des trois méthodes. La résine époxy et la soudure utilisées pour le patch peuvent être non conductrices ou conductrices. Un contact parfait doit être maintenu entre la puce / puce et le substrat / PCB pendant l'installation de la puce; En outre, il ne devrait pas y avoir de lacunes.

De plus, l'adhésif reliant la puce au substrat doit être très précis. Ce processus est très sensible; En plus de ramasser la puce, il est nécessaire de la placer sur le substrat sans l'endommager ou la détruire. Le collage de la puce créé doit pouvoir résister à des plages de température extrêmement élevées sans perte de productivité, perte de performance et dégradation significative.

Les méthodes de connexion de puce typiques sont les connexions de résine époxy, les connexions eutectiques et les connexions de soudure. Le procédé de collage époxy peut comprendre un verre époxy argenté ou un matériau à base de Polyimide. Cette résine époxy est distribuée à l'aide d'un distributeur très fin qui distribue les quantités avec une grande précision, avec des tolérances en microns. Dans ce cas, le substrat doit être chauffé à une température allant de la température ambiante à 200°C selon le type de résine époxy utilisée. Cette température permet à la résine époxy de se solidifier convenablement et donc d'adhérer au substrat pour former avec précision la jonction entre le substrat et la puce.

Lorsque la résine époxy est distribuée, elle recouvre les zones où la connexion de la puce doit être réalisée et forme des coins arrondis sur les bords de jonction. Si une quantité excessive de résine époxy est utilisée, elle peut provoquer une pollution et un désalignement. La coplanarité deviendra également un problème, auquel cas la puce ne fonctionnera pas correctement. Inversement, si vous ne distribuez pas assez de résine époxy, cela entraînera des fissures, des vides et les coutures ultérieures seront sous - optimales.

Comme le montre la figure 3, des exigences de distribution extrêmement précises seront mises en oeuvre. De plus, des outils d'inspection très sophistiqués sont nécessaires pour obtenir un placement parfait de la puce. Les adhésifs utilisés ne sont généralement pas des conducteurs - ils sont des isolants électriques et n'ont pas une bonne conductivité thermique. Pour les rendre plus conductrices de la chaleur, utilisez un matériau en argent ou en or pour réduire la résistance thermique à une valeur inférieure.

L'ajout d'or, d'argent, de carbure de silicium, d'oxyde de béryllium ou de composés de différents éléments aide à solidifier ces liants à des températures plus basses. Le collage époxy peut également être utilisé pour connecter plusieurs tailles de puces de différents matériaux.

Cette technologie utilise un alliage eutectique pour fixer la puce à la cavité ou au substrat. Les substrats dans cette application peuvent être en céramique ou en métal, par example en aluminium ou en cuivre, qui sont généralement utilisés dans des applications de forte puissance, par example des composants micro - ondes et radiofréquences. La raison de l'utilisation du procédé à puce eutectique (par opposition au procédé à puce collée) est que le procédé eutectique peut traiter des plages de température de 300°c ou plus. Des températures plus élevées sont nécessaires car les substrats tels que les céramiques et les métaux ont des points de fusion plus élevés.

La connexion par puce eutectique, qui peut également être appelée « procédé de connexion soudée sans flux» – une couche métallique mince appelée barre préfabriquée (Figure 4). Cette préforme est un alliage (mélange) de deux ou plusieurs éléments différents (or - argent ou or - étain ou similaire) qui peut être utilisé pour former des joints sous atmosphère inerte. Lorsque cela est permis, ces préformes fondent à une température inférieure à celle du substrat.

Figure 4: aussi appelée « soudage sans flux », la connexion de puce eutectique utilise une fine couche métallique appelée préforme. (crédit: nexlogic technologies)

Par example, la température de fusion de l'or pur est très élevée, supérieure à 1000°c, alors que celle du silicium dépasse 1400°c. D'autre part, les préformes en étain et en argent peuvent fondre à 231°c, l'étain - or à 295°c, le germanium - or à 350°C et le silicium - or plus facilement à 400°C. Des joints robustes sont créés dans une plage de température contrôlable.

Une autre raison d'utiliser une préforme à base d'or est que l'élément a une conductivité électrique élevée, une conductivité thermique élevée, ce qui offre un excellent moyen de dissiper la chaleur.

Les connexions soudées sont similaires à la création de joints de technologie de montage en surface (SMT). En raison de la conductivité thermique élevée du matériau de soudage lui - même, les connexions soudées sont un type commun de jonction de puce.

Comme nous l'avons vu, le processus d'installation de la puce peut subir des changements de température extrêmes lorsque nous considérons également les différentes méthodes décrites ci - dessus. Par example, pour l'étain - plomb sac 305 ou une soudure similaire, la température du procédé de soudure souple est comprise entre 180°C et 250°c. Pour les soudures à base d'étain, d'or - silicium ou d'alliages similaires, la méthode de soudage à haute température peut dépasser 250°c ou même plus. En ce qui concerne la dissipation de chaleur des appareils tels que les LED, il est également important de souder les connexions.

Un aspect important de la fixation de la soudure est que la puce a besoin de flux. Avant cela, il est nécessaire de pré - plaquer l'alliage de soudure initial sur la métallisation de la puce et sur la métallisation du substrat. Si une couche spécifique est nécessaire, une composition légèrement différente de la puce et du substrat est nécessaire. Une fois l'exécution terminée, la puce est placée sur le substrat à l'aide d'un placeur de puce.

Lorsque la méthode de connexion à la soudure est utilisée, le fil est introduit dans le système, où il est préchauffé, puis la soudure est fondue et un joint est formé (après quoi le flux sur la puce doit être retiré avant l'encapsulation).

Les excellentes caractéristiques de la technologie de fixation de la soudure comprennent sa robustesse, sa résistance mécanique, sa bonne dissipation thermique et sa conductivité thermique élevée.

Une fois que le processus de fixation de la puce est terminé (en utilisant l'une des techniques ci - dessus), un processus supplémentaire est utilisé pour effectuer le câblage qui relie les Plots sur la puce / puce aux Plots correspondents sur le substrat / PCB. Ces jonctions de fils peuvent être réalisées à l'aide de fils d'or, d'aluminium, de cuivre ou (dans certains cas) d'argent.

En bref, pour les petits PCB tels que les circuits rigides, flexibles et rigides, le montage sur puce devient une technologie encore plus importante. Il est donc important pour les concepteurs OEM de bien maîtriser ces trois méthodes de montage de puces et de choisir celle qui convient le mieux à leur application.