Le substrat IC s’est développé avec l’essor de nouveaux types de circuits intégrés tels que les BGA (ball grid array) et les CSP (chip scale package), qui exigent de nouveaux supports d’encapsulation. En tant que l’un des types de PCB (Printed Circuit Board) les plus avancés, le PCB de substrat IC a connu une explosion de popularité et d’applications, parallèlement à la technologie any layerPCB HDIetPCB flex-rigide, désormais largement appliqué dans les mises à jour des télécommunications et de l’électronique.
Qu’est-ce qu’un substrat IC ?
Le substrat IC est un type de carte de base utilisée pour encapsuler une puce IC (circuit intégré) nue. Reliant la puce et la carte de circuit imprimé, le substrat IC est un produit intermédiaire ayant les fonctions suivantes :
• il capture la puce à circuit intégré semi-conducteur ;
• il y a un routage interne pour connecter la puce et le PCB ;
• Il peut protéger, renforcer et soutenir la puce IC, en fournissant un canal de dissipation thermique.
Classifications de substrats CI
a. Classé par types de colis
• Substrat CI BGA. Ce type de substrat CI offre de bonnes performances en dissipation thermique et en performance électrique et peut augmenter considérablement le nombre de broches de la puce. Il est donc adapté aux boîtiers CI dont le nombre de broches dépasse 300.
• Substrat IC CSP. Le CSP est un type de boîtier à puce unique, léger et miniaturisé, dont la taille est similaire à celle du circuit intégré (IC). Le substrat IC CSP est principalement utilisé dans les produits de mémoire, les produits de télécommunication et les produits électroniques avec un petit nombre de broches.
• Substrat CI FC. FC (Flip Chip) est un type de boîtier par retournement de puce, caractérisé par une faible interférence de signal, de faibles pertes de circuit, d’excellentes performances et une dissipation thermique efficace.
• Substrat CI MCM. MCM est l’abréviation de « multi-chip module ». Ce type de substrat de circuit intégré intègre des puces aux fonctions différentes dans un seul boîtier. Par conséquent, le produit peut constituer une solution optimale grâce à ses caractéristiques de légèreté, de finesse, de compacité et de miniaturisation. Naturellement, puisque plusieurs puces sont encapsulées dans un seul boîtier, ce type de substrat n’offre pas de très bonnes performances en matière d’interférences de signal, de dissipation thermique, de routage fin, etc.
b. Classé par attribut de matériau
• Substrat CI rigide. Il est principalement fabriqué à partir de résine époxy, de résine BT ou de résine ABF. Son CTE (coefficient de dilatation thermique) est d’environ 13 à 17 ppm/°C.
• Substrat CI flexible. Il est principalement fabriqué en résine PI ou PE et présente un CTE de 13 à 27 ppm/°C
• Substrat céramique pour circuits intégrés. Il est principalement fabriqué à partir de matériaux céramiques tels que l’oxyde d’aluminium, le nitrure d’aluminium ou le carbure de silicium. Il se caractérise par un CTE relativement faible, d’environ 6 à 8 ppm/°C
c. Classé par technologie de liaison
• Brassage de fils
• TAB (Bonding automatisé par ruban)
• Liaison FC
Applications des circuits imprimés à substrat CI
Les circuits imprimés de substrat IC sont principalement utilisés dans des produits électroniques légers, fins et dotés de fonctions avancées, tels que les smartphones, les ordinateurs portables, les tablettes et les équipements réseau, dans les domaines des télécommunications, des soins médicaux, du contrôle industriel, de l’aérospatiale et du militaire.
Les circuits imprimés rigides ont connu une série d’innovations, allant des circuits imprimés multicouches, aux circuits imprimés HDI traditionnels, aux SLP (circuits imprimés de type substrat), jusqu’aux circuits imprimés substrats pour circuits intégrés. Le SLP est simplement un type de circuit imprimé rigide dont le procédé de fabrication est similaire, à une échelle approximativement semi-conducteur.
Difficultés de fabrication des circuits imprimés à substrat CI
Comparé àPCB standardLe substrat IC doit surmonter des difficultés de fabrication pour permettre la mise en œuvre de hautes performances et de fonctions avancées.
a. Fabrication de substrats CI
Le substrat IC est fin et facile à déformer, ce qui est particulièrement prononcé lorsqu’une carte a une épaisseur inférieure à 0,2 mm. Pour surmonter cette difficulté, il est nécessaire de réaliser des percées en matière de réduction de la taille de la carte, de paramètres de laminage et de système de positionnement des couches, afin que le gauchissement du substrat et l’épaisseur de laminage puissent être efficacement contrôlés.
b. Technologie de fabrication des microvias
La technologie Microvia comprend les aspects suivants : masque conforme, technologie de micro-vias borgnes percés au laser et technologie de remplissage au cuivre plaqué.
• Le masque conforme vise à compenser de manière logique l’ouverture des vias borgnes percés au laser, et les ouvertures ainsi que les positions des vias borgnes peuvent être directement définies via les ouvertures dans le cuivre.
• La fabrication de microvias percés au laser est corrélée aux aspects technologiques suivants : forme du via, rapport d’aspect, gravure latérale, gel résiduel sous le via, etc.
• Le placage cuivre des vias borgnes est corrélé aux aspects technologiques suivants : capacité de remplissage des vias, ouverture des vias borgnes, affaissement, fiabilité du placage cuivre, etc.
c. Technologie de structuration et de placage du cuivre
La technologie de structuration et de placage au cuivre est corrélée aux aspects technologiques suivants : technologie et contrôle de compensation des circuits, technologie de fabrication de lignes fines, contrôle de l’uniformité de l’épaisseur du placage de cuivre.
d.Masque de soudure
La fabrication du vernis épargne pour les circuits imprimés de substrats de circuits intégrés comprend la technologie de remplissage des vias, la technologie d’impression du vernis épargne, etc. À ce jour, les circuits imprimés de substrats de circuits intégrés autorisent une différence de hauteur de surface inférieure à 10 µm et la différence de hauteur de surface entre le vernis épargne et le plot ne doit pas dépasser 15 µm.
e.Finition de surface
La finition de surface pour les circuits imprimés de substrat CI doit mettre l’accent sur l’uniformité de l’épaisseur et, jusqu’à présent, les finitions de surface pouvant être acceptées par les circuits imprimés de substrat CI incluentENIG/ENEPIG.
f. Capacité d’inspection et technologie d’essai de fiabilité des produits
Les circuits imprimés substrats pour circuits intégrés nécessitent des équipements d’inspection différents de ceux utilisés pour les circuits imprimés traditionnels. De plus, il faut disposer d’ingénieurs capables de maîtriser les compétences d’inspection sur ces équipements spéciaux.
Dans l’ensemble, les circuits imprimés à substrat IC exigent davantage de critères que les circuits imprimés standards, et les fabricants de PCB doivent disposer de capacités de fabrication avancées et les maîtriser avec compétence.
Les circuits imprimés à substrat IC sont un composant clé de l’électronique moderne, constituant la base de l’encapsulation des circuits intégrés haut de gamme dans les smartphones et les tablettes. Ils favorisent la légèreté, la finesse et l’amélioration des fonctionnalités. Conditionnés selon le type, le matériau et la technologie de liaison, les substrats répondent à divers besoins d’application, des télécommunications à l’aérospatiale. Leur fabrication est toutefois rendue complexe par la nécessité de manipuler des cartes fines, de créer des microvias et d’appliquer un vernis épargne avec une grande précision. Ces défis sont surmontés grâce à l’utilisation de technologies avancées et d’un haut niveau d’expertise afin de maintenir les performances, la fiabilité et la flexibilité dans différentes applications avancées.
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