Dans les dispositifs électroniques, les puces (circuits intégrés, CI), les boîtiers et les cartes de circuits imprimés (PCB) sont étroitement liés, mais leurs fonctions et leurs rôles diffèrent. Le processus de conception détaillé est illustré dans la figure ci-dessous.
1. Le lien entre les trois
Puce et boîtier : Une puce est un composant électronique intégré, généralement constitué de matériaux semi-conducteurs, et contenant plusieurs unités fonctionnelles telles que des transistors et des condensateurs. Le boîtier consiste à encapsuler la puce dans une enveloppe protectrice externe afin de la protéger des agressions extérieures et de fournir des broches ou des billes pour la connexion à des circuits externes. La fonction principale du boîtier est la protection, suivie de la dissipation thermique.
Puce et circuit imprimé : Après son conditionnement, la puce est généralement montée sur un circuit imprimé. Ce dernier est composé d’un substrat isolant et de pistes conductrices, sur lesquels peuvent être montés divers composants électroniques, tels que des puces, des résistances et des condensateurs. La puce est fixée sur le circuit imprimé par soudure ou d’autres méthodes de connexion, puis reliée à d’autres composants ou circuits pour former un système électronique complet.
2. Différences entre les trois
Fonctions et structures différentes : Une puce est un circuit intégré au sein d’un appareil électronique, contenant plusieurs unités fonctionnelles. Le conditionnement consiste à encapsuler la puce dans une enveloppe protectrice externe, munie de broches ou de billes pour la connexion à des circuits externes. Un circuit imprimé (PCB), quant à lui, est une structure en forme de plaque utilisée pour monter et connecter divers composants électroniques.
Fonctions et rôles différents : Une puce est responsable de l’exécution de fonctions spécifiques, telles que les opérations logiques et le traitement du signal. Le boîtier assure la protection et la connectivité de la puce. Une carte de circuit imprimé (PCB), quant à elle, sert à assembler et à connecter divers composants électroniques afin de former un système électronique complet.
3. Les quatre principales fonctions de l'emballage et exemples
1. Système de broches fixes
Pour qu'une puce fonctionne correctement, elle doit échanger des données avec des périphériques externes ; c'est là que le conditionnement joue un rôle crucial. Bien sûr, il est impossible de connecter directement les broches internes d'une puce à une carte de circuit imprimé, car les pistes métalliques sont extrêmement fines, généralement inférieures à 1,5 micron (µm), et souvent même de seulement 1,0 µm. Cependant, après le conditionnement, les broches externes sont soudées aux broches internes à l'aide de cuivre, permettant ainsi à la puce de se connecter indirectement à la carte de circuit imprimé pour l'échange de données.
Les systèmes de broches externes utilisent généralement deux alliages différents : l’alliage fer-nickel et l’alliage de cuivre. Le premier est utilisé pour sa haute résistance et sa stabilité, tandis que le second offre une meilleure conductivité électrique et thermique. Le choix du système de broches dépend de l’application.
- protection physique
Les puces sont protégées de la contamination par des particules et autres dommages externes grâce à leur conditionnement. La principale méthode de protection physique consiste à fixer la puce sur un support spécifique et à l'encapsuler, ainsi que ses connexions et broches associées, dans un boîtier adapté. Le niveau de conditionnement requis varie selon l'application, les produits grand public ayant généralement les exigences les plus faibles.
3. Dissipation thermique améliorée
Comme chacun sait, tous les semi-conducteurs génèrent de la chaleur en fonctionnement. Lorsque cette chaleur atteint un certain niveau, elle peut perturber le fonctionnement normal de la puce. Les différents matériaux du boîtier contribuent à dissiper une partie de cette chaleur. Toutefois, pour la plupart des puces générant beaucoup de chaleur, outre le refroidissement assuré par le matériau d'encapsulation, il est judicieux d'envisager l'installation d'un dissipateur thermique métallique ou d'un ventilateur afin d'optimiser la dissipation de la chaleur.
4. Protection de l'environnement
Une autre fonction du boîtier est d'assurer la protection de la puce contre l'humidité et autres gaz susceptibles de perturber son fonctionnement normal et d'affecter négativement ses performances.
