Emballage électronique
Bienvenue dans le monde de l'emballage électronique. Que vous soyez nouveau sur le sujet ou que vous soyez un ingénieur expérimenté à la recherche d’informations techniques détaillées, cette page Web répond à tous les niveaux d’expertise. Elle sert de centre de connaissances, où vous trouverez une ressource complète destinées à un très large public : des ingénieurs, des fabricants ou des fournisseurs en électronique aux amateurs de technologie.
Aperçu
- L’emballage électronique et sa fonctionnalité
- Domaines d'application types
- Informations sur la technologie constitutive et les processus de fabrication
- Description des différents types et niveaux
- Matériaux et principes de conception communs
- La fiabilité, un facteur clé
- Futures tendances
- L’expertise et les produits SCHOTT
En remontant la page, vous accéderez à un récapitulatif des notions fondamentales. Si vous souhaitez approfondir vos connaissances, rendez-vous à la rubrique dédiée à la technologie des produits. Accédez aux rubriques concernant les matériaux et la conception, ainsi que celles liées aux aspects spécifiques de la fiabilité.
La section concernant les futures tendances vous offre un aperçu des innovations EP. Pour plus d’informations sur les solutions d’emballage proposées par SCHOTT, veuillez consulter l’aperçu des principaux produits.
Qu’est-ce que l’emballage électronique ?
L’emballage électronique est un terme qui peut être appliqué aussi bien aux procédures impliquées dans l’emballage électronique qu’aux produits ou systèmes finaux résultant de ces processus.
Elle inclut la conception et la fabrication de structures et de boîtiers qui protègent les composants électroniques, les dispositifs semi-conducteurs et les systèmes contre les dommages physiques, les contraintes environnementales et les interférences électromagnétiques tout en garantissant qu’ils fonctionnent correctement. Il s’agit également de sélectionner les meilleurs matériaux et la meilleure conception pour garantir la durabilité des composants et leur conférer diverses fonctionnalités telles que la prévention des décharges électrostatiques (ESD).
Aujourd’hui, l’emballage électronique est une partie importante de la vie quotidienne, car les composants, appareils et systèmes électriques sur lesquels nous nous appuyons quotidiennement – des smartphones aux ordinateurs, etc. – nécessitent tous un certain type d’emballage.
Quand l’emballage électronique est-il utile ?
L’emballage électronique est un facteur essentiel pour les performances, la sécurité et la longévité des composants et des appareils. Plongez dans ses différents cas d’utilisation, de la protection contre les menaces environnementales à l’optimisation des fonctionnalités, en garantissant la sécurité et en améliorant l’expérience utilisateur :
Quelles sont les applications courantes où l’emballage électronique est important ?
Aujourd’hui, les emballages électroniques se trouvent presque partout, des appareils portables aux satellites qui résistent à des conditions difficiles dans l’espace. Comme il joue un rôle central dans un grand nombre de domaines divers, il est impossible de répertorier toutes ses utilisations sur une seule page.
Exemples d’applications courantes :
Technologie d'emballage électronique
Quels sont les différents niveaux d’emballage des systèmes électroniques ?
L’emballage des systèmes électroniques peut être classé en niveaux hiérarchiques. Le niveau auquel l’emballage appartient dépend de facteurs tels que les besoins de l’application, les conditions environnementales, les contraintes de taille et les considérations de coût. Cliquez sur les signes « plus » dans le graphique ci-dessous pour en savoir davantage sur les différents niveaux.
Niveau de wafer
Le processus de fabrication des semi-conducteurs commence souvent par le traitement d’une plaquette de silicium, qui implique la préparation, le nettoyage et d’autres étapes pour créer des circuits intégrés. Ces étapes peuvent inclure la photolithographie et la gravure pour définir les modèles de circuit. Après ces processus, la plaquette est coupée en puces ou en matrices individuelles, chacune étant ensuite prêt pour les boîtiers de circuits intégrés.
Niveau 0 – Puce de circuit intégré
Ce niveau d’emballage protège les circuits intégrés individuels, également appelés micropuces ou matrices. Il peut être non hermétique ou hermétique et fournit des connexions électriques à la puce tout en la protégeant des contraintes mécaniques et thermiques. L’emballage hermétique offre le plus haut niveau de protection contre les facteurs environnementaux, tandis que l’emballage non hermétique offre une option économique pour les cas d’utilisation moins exigeants.
Niveau 1 – Composant
Pour l’emballage au niveau des composants, les composants individuels, tels que les circuits intégrés, les transistors, les diodes et les résistances, sont enfermés dans des boîtiers de protection. Cela offre une protection contre les dommages physiques, la contamination et les interférences électromagnétiques. Les emballages hermétiques peuvent être utilisés pour des solutions personnalisées qui répondent à des exigences environnementales, de taille, de gestion de la chaleur ou d’exploitation spécifiques.
Niveau 2 – Carte de circuit imprimé
Les cartes de circuits imprimés constituent la colonne vertébrale de la plupart des composants électroniques en procurant des connexions électriques et un support mécanique pour les composants. Une fois les composants montés sur les cartes de circuits imprimés, les cartes peuvent être protégées par des boîtiers de protection.
Niveau 3 – Module
À ce niveau, un module fonctionnel est fabriqué en intégrant plusieurs composants, cartes de circuits imprimés ou circuits imprimés sur un seul substrat ou une seule carte mère. L’emballage au niveau des modules rationalise l’assemblage et les tests et peut améliorer les performances et la fiabilité de divers types de modules, y compris les modules de mémoire, les modules radiofréquence et les modules d’alimentation.
Niveau 4 – Système
Pour l’emballage au niveau du système, un système ou un produit complet est placé dans un boîtier ou une enceinte de protection. Plusieurs cartes de circuits imprimés, modules et sous-systèmes peuvent être intégrés dans un seul boîtier pour créer des systèmes essentiels pour l’électronique grand public, les équipements industriels et d’autres produits complexes.
Niveau de wafer
Niveau 0 – Puce de circuit intégré
Niveau 1 – Composant
Niveau 2 – Carte de circuit imprimé
Niveau 3 – Module
Niveau 4 – Système
Quels sont les différents types d’emballages électroniques ?
Les types d’emballages peuvent aller de simples boîtiers en plastique à des emballages spécialisés en céramique ou verre-métal. Le choix de l’emballage dépend de nombreux facteurs, notamment le type et la taille du composant, les exigences de l’application, les considérations relatives à la dissipation de chaleur, les caractéristiques électriques et le processus de fabrication. Une autre question clé est de savoir s’il faut un joint entièrement hermétique.
Comment les emballages électroniques sont-ils fabriqués ?
Les emballages électroniques sont fabriqués à l’aide d’une série de processus de fabrication conçus pour enfermer et protéger les circuits intégrés et d’autres composants. En même temps, ils doivent fournir des connexions électriques et assurer une dissipation de chaleur correcte.
Le processus de fabrication varie pour
-
Les boîtiers de circuits intégrés traditionnels :
Ici, la puce est placée directement sur le cadre en plomb sans qu’une cavité ne soit nécessaire. Des matériaux époxy conducteurs, un collage eutectique ou un brasage sont utilisés pour monter l’électronique sur le support respectif. L’électronique intégrée est ensuite reliée aux conducteurs par un processus de liaison de fils ou de flip chip. L’étape finale consiste à utiliser l’encapsulation ou le surmoulage pour s’assurer qu’aucun gaz ne reste entre la puce et le matériau d’encapsulation. -
Les boîtiers à cavité :
Certains boîtiers, en particulier ceux utilisés pour les composants optiques ou les systèmes micro-électromécaniques (MEMS), peuvent nécessiter une cavité pour maintenir ou monter les composants électroniques et optiques. Des traversées sont intégrées pour permettre le passage des signaux électriques et de l’alimentation à travers l’enceinte. L’environnement à l’intérieur de l’emballage peut être de l’air ambiant, de l’air sec, un gaz d’insertion ou un vide. Une fois l’environnement interne souhaité obtenu, la cavité est fermée ou scellée.
Futures tendances dans l’emballage électronique
Qu’est-ce qui stimule le développement des emballages électroniques ?
Un certain nombre de facteurs influencent le développement des matériaux, des conceptions et des processus de fabrication pour répondre aux exigences en constante évolution de l’industrie électronique. Parmi les principaux moteurs de l’innovation figurent la miniaturisation, la fiabilité et le rendement énergétique. Malgré le besoin continu d’augmenter la fonctionnalité et les performances, il existe également une pression simultanée pour réduire les coûts.
En ce qui concerne les tendances spécifiques, il faut intégrer le plus de fonctionnalités possible directement sur la puce de semi-conducteur. Les approches système sur puce (SoC) et système en boîtier (SiP), par exemple, sont utilisées pour intégrer un large éventail de composants et de fonctions sur des puces uniques pour les applications mobiles ou l’Internet des objets.
Lorsque plusieurs fonctions sont intégrées sur une seule puce, il est nécessaire d'emballer un seul appareil, au lieu de plusieurs composants individuels. Cela simplifie le processus d’emballage global tout en augmentant les performances, en réduisant la consommation d’énergie et en réduisant le facteur de forme global.
Des efforts sont également déployés pour effectuer davantage de processus d’emballage au niveau des plaquettes, où plusieurs puces peuvent être traitées simultanément. Cela optimise l’efficacité de la production et le rendement global, tout en réduisant également le besoin d’emballages traditionnels.
Comment les emballages électroniques peuvent-ils répondre aux exigences de su marché de la miniaturisation ?
Aujourd’hui, la miniaturisation est l’une des tendances les plus importantes dans la technologie des emballages électroniques. Qu’il s’agisse d’un nouveau dispositif médical ou de la dernière technologie portable, le besoin de composants plus petits, plus légers et plus écoénergétiques repoussent les limites.
Alors que les appareils ne cessent devenir plus petits, de nouvelles approches sont envisagées pour créer des emballages légers et compacts tout en offrant une protection supérieure. Il s’agit notamment de l’empilage de puces et de l’emballage 3D, qui optimisent l’utilisation de l’espace, lequel est limité à l’intérieur des smartphones. À mesure que les composants électroniques deviennent plus petits, il est également devenu possible de les intégrer de manière transparente dans les tissus et les substrats flexibles. Cela permet une gamme de fonctions entièrement nouvelles telles que le suivi des signes vitaux et l’amélioration des performances sportives. Avec ces technologies avancées, de nouveaux types de solutions d’emballage spécialisées, compactes et biocompatibles sont nécessaires pour protéger et intégrer ces composants électroniques. Le mouvement plus large de sensibilisation à l'environnement dans l’électronique grand public a également mis de plus en plus l’accent sur l’utilisation de matériaux durables.
Conclusion
L’emballage électronique est essentiel non seulement pour protéger les composants et les appareils électroniques, mais aussi pour garantir leur fonctionnalité et leurs performances. En intégrant également la gestion thermique, les connexions électroniques, la réduction des interférences et le soutien structurel, l’emballage électronique permet d’obtenir des dispositifs efficaces, fiables et adaptés à une grande variété d’industries. Alors que l’électronique devient de plus en plus intégrée dans la vie quotidienne, les solutions d’emballage continueront de s’adapter au besoin d’améliorer les performances, la compacité et la durabilité.
Auteur Robert Hettler, Directeur R&D Optoélectronique
Références
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Roth, A. (1994), Vacuum sealing techniques, Oxford
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Blackwell, G. (2017), The Electronic Packaging Handbook, IEEE Press
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Harper, C., Miller, M. (1993), Electronic Packaging, Microelectronics and Interconnection Dictionary, McGraw-Hill, Inc.
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John Lau, C.P. Wong, John L. Prince, Wataru Nakayama (1998), Electronic Packaging, Design, Materials, Process and Reliability, McGraw-Hill, Inc.
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Schneider, S. (1991), Engineered Materials Handbook, Volume 4, Ceramics and Glasses, The Materials Information Society
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