Dès les années 1990, les produits électroniques ont évolué vers la portabilité, la miniaturisation, la mise en réseau et le multimédia, ce qui a également entraîné des exigences correspondantes en matière deassemblage électroniquetechnologie
• Amélioration du contenu informationnel par unité de volume, c’est-à-dire une haute densité ;
• Amélioration de la vitesse de traitement par unité de temps, c’est-à-dire une vitesse plus élevée.
Afin de satisfaire à l’exigence ci-dessus, la densité de fonctions de l’assemblage de circuits doit être améliorée, ce qui devient l’élément essentiel incitant la technologie d’encapsulation des composants électroniques à aller plus loin.
À mesure que la taille du boîtier diminue, l’efficacité de connexion mutuelle augmente. L’efficacité de connexion désigne le rapport entre la taille maximale de la puce et la taille du boîtier. Au début des années 1990, l’efficacité de connexion du PQFP (plastic quad flat package) pouvait atteindre au maximum 0,3. Ensuite, le taux de connexion du CSP (chip scale package) est monté jusqu’à 0,8 à 0,9. À l’heure actuelle, le taux de connexion de la dernière génération de boîtiers est supérieur à celui du COB (chip on board), et équivalent à celui du boîtier FC (flip chip).
À l’avenir, la technologie d’emballage évoluera vers les tendances suivantes :
• Le CSP partiel sera normalisé et produit en série ;
• L’industrie CSP sera établie avec la création de certaines industries fondamentales concernant les matériaux, l’assemblage, les essais et l’assemblage embarqué, etc. ;
• La technologie des boîtiers FC et l’industrie de base correspondante seront davantage développées ;
• Le boîtier WLCSP (wafer level chip scale package) sera développé à mesure que les industries correspondantes décolleront.
Broches s’étendant de la périphérie vers le réseau
Depuis des décennies, on assiste à un développement constant de la technologie d’encapsulation des composants, compatible avec les progrès des CI (circuits intégrés). Chaque génération de CI exige une certaine génération de technologie d’encapsulation, et les progrès de la SMT (technologie de montage en surface) poussent encore la technologie d’encapsulation des composants à un nouveau niveau. Les CI de moyenne et petite échelle utilisés dans les années 60 ou 70 dépendaient dans une large mesure des boîtiers TO (transistor outline), puis les boîtiers DIP (dual in-line package) et PDIP (plastic dual in-line package) ont été développés, jouant ensuite un rôle de premier plan à cette époque.
Avec l’avènement de la technologie SMT dans les années 1980, les boîtiers de circuits intégrés ont privilégié les LCC (leadless ceramic carrier), PLCC (plastic leadless ceramic carrier) et SOP (small outline package), car ils étaient plus compatibles avec la SMT, qui exige des broches courtes ou sans broches. Ensuite, le QFP (quad flat package), après des décennies de recherche et de développement, non seulement résout les problèmes de boîtier propres aux boîtiers LSI, mais s’adapte également sans difficulté à l’assemblage SMT sur PCB (printed circuit board). Tous les avantages mentionnés ci-dessus concernant le QFP le rendent prédominant dans les produits électroniques utilisant la SMT, ce qui reste vrai encore aujourd’hui. Les broches du QFP se présentent comme des ailes de mouette sur les quatre côtés, contenant beaucoup plus de broches d’E/S que le SOP, qui ne comporte des broches en aile de mouette que sur deux côtés. Pour être plus compatible avec les progrès ultérieurs de la densité d’assemblage électronique, l’espacement des broches du QFP est passé de 1,27 mm à 0,3 mm, ce qui a permis d’augmenter constamment le nombre de broches d’E/S et de réduire le volume du boîtier. En conséquence, davantage de difficultés sont apparues pour l’assemblage électronique, entraînant une baisse du taux de rendement et une hausse du coût d’assemblage. De plus, en raison des limites des technologies de fabrication de la précision des cadres de broches des composants, 0,3 mm est devenu la limite en ce qui concerne l’espacement des broches de QFP, ce qui freine fortement l’augmentation de la densité d’assemblage. Par conséquent, on peut prévoir que le développement du QFP est arrivé à son terme. Ainsi, on commence à rechercher d’autres types de boîtiers tels que le BGA (ball grid array). Les broches d’E/S des boîtiers BGA sont réparties sous le boîtier en matrice sous forme de billes ou de colonnes. En outre, les boîtiers BGA se caractérisent par un grand espacement entre les broches et des connexions courtes, ce qui est bénéfique pour résoudre les problèmes de coplanarité et de gauchissement provenant des broches dans les composants à pas fin. Les avantages de la technologie BGA résident dans sa capacité à augmenter le nombre de broches d’E/S et leur espacement, ce qui permet de traiter le problème de coût élevé et de faible fiabilité résultant du grand nombre de broches d’E/S propre à la technologie QFP.
L’avènement du BGA peut être considéré comme une percée dans la technologie d’encapsulation, car il ne permet pas seulement d’intégrer davantage de broches d’E/S, mais il peut aussi être conçu en double couche ou en couches multiples afin de s’adapter aux fonctions des circuits intégrés. Par conséquent, il permet d’optimiser les résistances, de placer deux puces ou plus sur la même carte de base pour les interconnecter, puis de les encapsuler dans le même boîtier, ce que l’on appelle un MCM (module multi‑puces). Si la technologie FC est utilisée, la participation de fils métalliques n’est pas nécessaire pour la connexion. Ainsi, cela contribue à accélérer la vitesse de fonctionnement des circuits intégrés et à réduire le degré de complexité ainsi que la consommation d’énergie.
Développement de BGA
Le BGA est un type de boîtier matriciel en surface fonctionnant parfaitement pour le SMT. Les années 1960 ont vu la recherche sur le BGA, tandis que son application pratique a réellement décollé après 1989. Depuis que le boîtier plastique a été développé par Motorola et Citizen en 1989, le développement et l’application du BGA ont été fortement encouragés. En 1991, le PBGA (plastic ball grid array) a été développé avec un substrat en résine, fonctionnant de manière satisfaisante sur les émetteurs-récepteurs radio et les ordinateurs. En 1993, le PBGA a commencé à apparaître sur le marché, prêt pour une utilisation pratique. Dès 1995, les boîtiers BGA ont commencé à être largement utilisés. À l’heure actuelle, les composants PBGA sont principalement appliqués dans les produits de télécommunication, les dispositifs de télécommunication à distance, les systèmes informatiques et les stations de travail.
Parmi tous les avantages du boîtier BGA, l’essentiel réside dans son utilisation d’une répartition en matrice des billes de soudure, ce qui lui confère un large pas entre les broches et améliore considérablement les performances d’assemblage. Ainsi, le boîtier BGA peut être développé et appliqué. Néanmoins, les PBGA présentent également certains problèmes. Par exemple, le boîtier plastique a tendance à absorber l’humidité ; le substrat a tendance à se déformer ; tous les types de composants BGA sont difficiles à inspecter et à retoucher après soudure. Tous les problèmes mentionnés ci‑dessus font que les boîtiers BGA sont confrontés à des défis de fiabilité lorsqu’ils sont utilisés dans des environnements extrêmes. Cependant, ces problèmes ont été résolus dans une certaine mesure. Par exemple, le CBGA (ceramic ball grid array) permet de résoudre le problème d’absorption d’humidité ; le TBGA (tape ball grid array) peut également résoudre le problème d’absorption d’humidité et est considéré comme un boîtier à faible coût avec un grand nombre de broches d’E/S et de hautes performances. Maintenant que de nombreux types de composants BGA ont été développés et que les problèmes techniques ont été surmontés, le BGA a commencé à être largement utilisé dès 1998. Le QFP est d’abord choisi pour les applications dont le nombre de broches d’E/S est inférieur à 200, tandis que le BGA est d’abord choisi pour les applications dont le nombre de broches d’E/S est supérieur à 200.
Collage de BGA et de FC
Le couplage du boîtier BGA et de la technologie FC présente les avantages suivants :
• Le nombre de broches d’E/S peut être très élevé (de 1 000 à 2 000) et les MCM avancés nécessitent de nombreuses broches d’E/S ;
• Les paramètres électriques parasites peuvent être réduits et l’impédance ainsi que la diaphonie peuvent être diminuées de 5 à 10 fois ;
• Le temps de soudure du fil métallique peut être raccourci.
• Meilleure performance de dissipation thermique ;
• Taille plus petite.
CSP
Bien que l’essor et le développement du BGA résolvent avec succès les difficultés auxquelles les QFP doivent faire face, le boîtier BGA ne peut toujours pas répondre entièrement aux exigences de miniaturisation, de multifonctionnalité ou de fiabilité accrue des produits électroniques, ni satisfaire davantage les besoins d’amélioration de l’efficacité d’assemblage ou d’atteinte du débit de transmission intrinsèque. C’est ainsi que le CSP fait son apparition.
Avec une structure équivalente à celle du BGA, la différence entre le CSP et le BGA réside dans son diamètre de bille de soudure plus petit, son pas plus fin et sa faible épaisseur, de sorte qu’un plus grand nombre de broches d’E/S peut être disponible dans la même zone d’encapsulation, c’est‑à‑dire que la densité d’assemblage augmente. En d’autres termes, le CSP est une version réduite du BGA.
À l’heure actuelle, le CSP le plus répandu est le WLCSP, qui présente les avantages suivants :
• Les tranches et les composants WLCSP peuvent être fabriqués sur la même ligne de production et dans le même plan de production, et la mise en œuvre de la production peut être optimisée ;
• La technologie de fabrication du silicium et les tests d’encapsulation ultérieurs peuvent être réalisés au même endroit, avec un niveau d’automatisation de la fabrication des tranches amélioré ;
• Les coûts de test et les coûts d’investissement peuvent être réduits ;
• Le travail logistique peut être optimisé.
PCBCart peut répondre à presque tous les types de demandes d’assemblage de PCB !
PCBCart possède plus de vingt ans d’expérience dans la fabrication et l’assemblage de circuits imprimés sur mesure pour des entreprises de toutes tailles, et nous avons une riche expérience de collaboration avec les Makers et les OEM. Quelle que soit la technologie requise pour votre projet d’assemblage de PCB, nous pouvons assembler vos circuits imprimés exactement comme vous l’attendez. Cliquez sur le bouton ci-dessous pour obtenir gratuitement un devis d’assemblage de circuits !
Demande de devis pour l’assemblage de circuits imprimés
Ressources utiles
•Introduction à la technologie d’emballage SMT
•Une introduction à la technologie d’encapsulation BGA
•Brève introduction aux types de boîtiers BGA
•Facteurs influençant la qualité de l’assemblage BGA
•Comparaison entre les QFP à pas ultra fin et les BGA et leur tendance de développement
