Emballage électronique
Bienvenue dans l'univers de l'emballage électronique. Novice dans le domaine ou ingénieur expérimenté en quête d'informations techniques détaillées, cette page est un véritable centre de ressources, offrant un contenu complet pour un public diversifié : ingénieurs, fabricants, fournisseurs en électronique, et passionnés 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
Rappel des fondamentaux ou approfondissement des connaissances, les informations suivantes s’adaptent à tous les niveaux d’expertise. Accédez aux sections dédiées aux matériaux, à la conception, ainsi qu'aux aspects essentiels liés à la fiabilité.
La section dédiée aux tendances futures vous propose un aperçu des innovations passionnantes dans le domaine de l'emballage électronique. Pour en savoir plus sur les solutions proposées par SCHOTT, consultez la présentation des principaux produits.
Qu’est-ce que l’emballage électronique ?
L'emballage électronique désigne à la fois les processus de conception et de fabrication qui protègent les composants électroniques, ainsi que les produits ou systèmes issus de ces procédés.
Il englobe la création de structures et de boîtiers destinés à protéger les composants électroniques, les dispositifs semi-conducteurs et les systèmes contre les dommages physiques, les contraintes environnementales et les interférences électromagnétiques. Cela inclut également le choix des matériaux et des conceptions optimisés pour garantir la durabilité des composants, tout en leur conférant des fonctionnalités spécifiques, comme la protection contre les décharges électrostatiques (ESD).
L'emballage électronique joue un rôle crucial. Les appareils et systèmes électroniques que nous utilisons au quotidien – des smartphones aux ordinateurs – nécessitent tous une forme d'emballage qui assure leur performance et leur fiabilité.
Quelles sont les principales fonctions des emballages électroniques ?
Quand l’emballage électronique est-il utile ?
L’emballage électronique est un facteur essentiel aux performances, à la sécurité et la longévité des composants et des appareils. Il joue un rôle clé dans la protection contre les menaces environnementales, l’optimisation des fonctionnalités, la garantie de la sécurité et l’amélioration de l’expérience utilisateur.
Quelles sont les applications courantes où l’emballage électronique est important ?
Les emballages électroniques sont devenus, dans nombre de domaines, absolument indispensables. Des appareils portables aux satellites résistant à des conditions extrêmes dans l’espace, la liste des principaux domaines d’application est longue, et non-exhaustive.
Quelques exemples d’applications courantes :
La technologie des emballages électroniques
Quels sont les différents niveaux d’emballage des systèmes électroniques ?
L’emballage des systèmes électroniques peut être classé en niveaux hiérarchiques. Le niveau dépend alors de divers facteurs tels que les besoins de l’application, les conditions environnementales, les contraintes de taille et le coût. Pour en savoir davantage sur les différents niveaux, cliquez sur « plus » dans le graphique ci-dessous.
Niveau de wafer
Niveau 0 – Puce de circuit intégré
Niveau 1 – Composant
Niveau 2 – Carte de circuit imprimé
Niveau 3 – Module
Niveau 4 – Système
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 varient de simples boîtiers en plastique à des solutions spécialisées en céramique ou en verre-métal. Le choix de l’emballage dépend de plusieurs facteurs : le type et la taille du composant, les exigences de l’application, les impératifs de dissipation de chaleur, les caractéristiques électriques, le processus de fabrication et la nécessité ou non d’un joint totalement hermétique.
Comment les emballages électroniques sont-ils fabriqués ?
Les emballages électroniques sont fabriqués à l’aide d’une série de processus destinés à enfermer et protéger les circuits intégrés et d’autres composants, tout en assurant des connexions électriques et une dissipation de chaleur adéquate.
Le processus de fabrication varie selon :
-
Les boîtiers de circuits intégrés traditionnels :
Dans ce cas, la puce est directement placée sur le cadre en plomb sans nécessiter de cavité. Des matériaux époxy conducteurs, un collage eutectique ou un brasage sont utilisés pour monter l’électronique sur le support. 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 éviter toute présence de gaz entre la puce et le matériau d’encapsulation. -
Les boîtiers à cavité :
Certains boîtiers, notamment ceux utilisés pour les composants optiques ou les systèmes micro-électromécaniques (MEMS), nécessitent 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. 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 scellée.
Étapes clés de la fabrication d’emballages électroniques traditionnels
- Design et choix des matériaux :
La conception prend en compte le type, la taille, la puissance et l’environnement des composants. Les matériaux, y compris le substrat et les interconnexions, sont sélectionnés, ainsi que les éléments de gestion de la température. - Accessoire de matrice :
Une matrice semi-conductrice, ou puce, est fixée à un substrat ou à un emballage à l’aide de matériaux adhésifs, d’un collage eutectique ou d’un brasage. - Branchement des câbles :
La matrice est connectée aux fils de l’emballage à l’aide de fils fins (souvent en aluminium ou en or), établissant ainsi les connexions électriques entre la puce et l'extérieur. - Encapsulation/étanchéité :
Les composants et les câbles sont scellés dans une résine de protection qui les préserve des dommages et des influences environnementales. Pour une étanchéité hermétique, un couvercle ou un capuchon métallique est soudé ou brasé pour créer une enceinte étanche autour des composants. - Contrôles et inspections :
Les emballages sont rigoureusement testés pour garantir leur qualité et leurs performances.
Regardez les courtes vidéos suivantes pour approfondir chaque étape clé.
Tendances futures dans l’emballage électronique
Qu’est-ce qui stimule le développement des emballages électroniques ?
La miniaturisation constante des systèmes, la recherche de fiabilité et de l’efficacité énergetique sont des facteurs qui viennent influencer l’évolution des matériaux, des conceptions et des processus de fabrication. De plus, la nécessité de la réduction des coûts vient s’ajouter aux exigences d’amélioration de la fonctionnalité et de la performance des produits.
L'intégration du plus grand nombre de fonctionnalités sur les semi-conducteurs représente un impératif absolu. Le système sur puce (SoC) et le système en boîtier (SiP) permettent de regrouper un large éventail de composants et de fonctions sur une seule puce, notamment pour les applications mobiles ou l'Internet des objets.
Cette intégration de multiples fonctions sur une seule puce nécessite un emballage unique, plutôt que plusieurs composants individuels. Cela simplifie le processus d’emballage global tout en augmentant les performances, réduisant la consommation d’énergie et diminuant le facteur de forme.
Des efforts sont également déployés pour réaliser davantage de processus d’emballage au niveau des plaquettes, permettant ainsi de traiter plusieurs puces simultanément. Cette approche optimise l’efficacité de la production et le rendement global, tout en diminuant 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 marquantes dans la technologie des emballages électroniques. Que ce soit pour un nouveau dispositif médical ou une technologie portable dernier cri, les besoins en composants toujours plus petits, plus légers et plus économes poussent sans cesse à l’innovation.
Avec la diminution continue de la taille des appareils, de nouvelles méthodes sont explorées pour concevoir des emballages légers et compacts tout en garantissant une protection optimale. Des techniques comme l’empilage de puces et l’emballage 3D maximisent l'utilisation de l'espace, souvent limité dans les smartphones. Par ailleurs, la miniaturisation des composants électroniques a permis leur intégration harmonieuse dans des tissus et substrats flexibles, ouvrant ainsi la voie à des fonctionnalités innovantes telles que le suivi des signes vitaux et l’optimisation des performances sportives. Cette avancée technologique nécessite des solutions d’emballage spécialisées, compactes et biocompatibles. En outre, la prise de conscience croissante des enjeux environnementaux dans le secteur de l'électronique grand public accentue l'importance de l'utilisation de matériaux durables.
Conclusion
L’emballage électronique est crucial non seulement pour protéger les composants et appareils électroniques, mais aussi pour garantir leur fonctionnalité et leur performance. En intégrant la gestion thermique, les connexions électroniques, la réduction des interférences et le soutien structurel, l’emballage électronique permet de concevoir des dispositifs efficaces, fiables et adaptés à de nombreux secteurs. Alors que l'électronique s'intègre de plus en plus dans notre quotidien, les solutions d'emballage continueront d'évoluer pour répondre aux besoins d'amélioration des performances, de compacité et de durabilité.
Auteur Robert Hettler, Directeur R&D Optoélectronique
Références
-
Roth, A. (1994), Vacuum sealing techniques, Oxford
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Blackwell, G. (2017), The Electronic Packaging Handbook, IEEE Press
-
Harper, C., Miller, M. (1993), Electronic Packaging, Microelectronics and Interconnection Dictionary, McGraw-Hill, Inc.
-
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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