Choisir le bon boîtier CI : Guide des types et critères de sélection

Le circuit intégré (CI) est l'un des composants essentiels de presque toutes les technologies, il continue donc de connaître une croissance importante. Travailliez-vous dans l'industrie électronique ? Si c'est le cas, vous devez comprendre l'importance du boîtier CI. Avec un boîtier CI efficace, vous protégez vos produits électroniques, tels que les circuits imprimés, contre la corrosion ou les dommages physiques.

En lisant cet article, vous comprendrez mieux l'importance du boîtier CI — contactez vous-même le transitaire. Cependant, la plupart des fournisseurs chinois de PCB fourniront l'emballage. Mieux encore, vous comprendrez plusieurs types de boîtiers CI et lequel vous convient le mieux.

(Un CI sur un fond blanc isolé)

1. Qu'est-ce que le boîtier CI ?

Le CI est le matériau contenant un dispositif semi-conducteur. Si vous ouvrez votre circuit imprimé, vous les verrez. D'autre part, le boîtier est un boîtier entourant le matériau du circuit pour le protéger, surtout de la corrosion. Il laisse également de la place pour le montage facile des contacts électroniques sur un PCB.

Dans la fabrication des CI, le boîtier est essentiel, bien qu'il intervienne en dernier dans le processus. Par conséquent, le boîtier CI est l'enceinte dont le but est de protéger les composants électriques contre les dommages physiques et la corrosion. Il aide également à maintenir les broches et les plots de contact qui connectent un dispositif aux circuits externes.

2. Quels sont les types de boîtiers CI ?

Deux types de boîtiers CI sont principalement standards. Ils dépendent de leur manière de monter sur un circuit imprimé. Ce sont :

2.1 Boîtier à montage traversant (Through-hole)

La conception du boîtier à montage traversant est simple. Ici, vous montez les broches à travers un seul côté de la carte et soudez de l'autre côté. Ils sont largement utilisés dans l'équipement électronique comme moyen de compenser les limitations de coût et d'espace d'une carte. Sous le montage traversant, nous trouvons les types de boîtiers suivants :

Boîtier DIP :

Ce sont certains des boîtiers CI les plus utilisés. Si vous êtes attentif, vous remarquerez que les broches sont parallèles les unes aux autres. Elles s'étendent également de manière quelque peu perpendiculaire et sont disposées sur un boîtier en plastique noir. Le boîtier est rectangulaire dans la plupart des cas. En fonction de la taille et de la différence de broches, les tailles de boîtiers varieront. Principalement, les nombres varient de 4 à 64. Il existe plusieurs types de boîtiers DIP. Cependant, le boîtier DIP moulé (MDIP) et le boîtier DIP en plastique (PDIP) sont les plus courants.

Standard :

Standard est un autre type de boîtier à montage traversant. Si vous ne le saviez pas, Standard est le type de boîtier CI le plus courant et populaire. De nombreux assembleurs de PCB et professionnels de l'électronique s'appuient sur ce type de boîtier. L'espacement des broches ici est de 0,1 pouce. L'espace entre les rangées de bornes dans ce type de boîtier est de 7,62 mm.

Shrink :

Shrink est aussi un autre boîtier de montage traversant pour circuit intégré populaire. Bien que les Shrink soient assez similaires aux Standard, le pas des broches est de 1,778 mm. Ils sont un peu plus petits et tendent à utiliser un boîtier à haute densité de broches.

Boîtier linéaire en zigzag (ZIP) :

L'insertion des broches dans ce type de boîtier est perpendiculaire au circuit imprimé. L'alignement des broches dans le boîtier est vertical et elles ont tendance à être proches les unes des autres. Le boîtier linéaire en zigzag n'était pas très populaire dans l'industrie électronique. Le zigzag reste dans l'histoire comme une technologie éphémère qui a surtout été utilisée dans les puces RAM dynamiques. Aujourd'hui, peu de fabricants d'électronique pensent même à l'utiliser comme boîtier CI. La plupart s'appuient sur les boîtiers DIP, Standard et Shrink.

2.1.1 Boîtier de montage en surface (Surface Mount)

Le boîtier de montage en surface est la technologie qui consiste à prélever et placer des composants sur un PCB nu. Bien que ce processus de fabrication soit assez rapide, il peut comporter des défauts de l'autre côté. Les défauts peuvent survenir en raison de la miniaturisation des composants, courante dans ce type de technologie.

Lorsque vous placez des pièces près les unes des autres, il devient impossible de détecter les défauts. Néanmoins, c'est une forme de boîtier CI. Les fabricants peuvent réaliser le boîtier CI de montage en surface de deux manières, comme expliqué ci-dessous :

Boîtier à broches en L de petite taille - Ce type de boîtier se compose de broches de type aile de mouette. Ces broches ont tendance à s'étendre correctement dans les deux directions en forme de L depuis le corps. Les fabricants peuvent facilement les monter sur la carte en fonction de leurs formes rectangulaires simples avec des bords horizontaux. Ces types de boîtiers sont courants dans les circuits intégrés utilisés pour alimenter les mémoires flash et la RAM.

Boîtier à grille de billes (BGA) - Un boîtier à grille de billes ou BGA, en abrégé, est une puce qui porte un boîtier de montage en surface vu principalement dans les ordinateurs. Mais contrairement aux autres boîtiers CI où un périmètre peut se connecter, toute la surface inférieure est facilement montable sur BGA. Basé sur des connexions de billes plus courtes, vous remarquerez que les BGA offrent aux CI certaines des vitesses les plus élevées. Les grilles de billes sont d'autres types de boîtiers CI qui utilisent des moules en plastique.

2.2 Classification des boîtiers CI par structure

Basé sur la formation, il existe plusieurs façons de catégoriser les boîtiers CI. Il y a deux types courants de boîtiers CI : type cadre de broches (lead frame) et type substrat. Le boîtier à cadre de broches est largement utilisé dans presque tous les boîtiers CI. Dans le boîtier à cadre de broches, le cadre se compose d'une fine couche de cuivre. Il est important de noter que dans ce type de boîtier, une taille ne convient pas toujours à tous. Plus souvent qu'autrement, les clients demandent des cadres de broches personnalisés. Tout cela dépend de la taille des CI sur le circuit imprimé.

Outre le type cadre de broches, il y a le boîtier de type substrat pour les CI sur un circuit imprimé. Ici, un substrat de boîtier est utilisé pour emballer les CI principaux. Le boîtier CI à cadre de broches assure la transmission des signaux électriques entre les CI et le circuit imprimé. Ce type de boîtier est idéal car il protège les semi-conducteurs coûteux des contraintes externes.

En plus des types de base cadre de broches et substrat, il y en a d'autres qui méritent d'être notés. Les suivants en sont quelques-uns :

Grille de broches (Pin-grid array)

La grille de broches est une norme de boîtier de circuit intégré qui trouve une forte applicabilité dans de nombreux processeurs de deuxième à cinquième génération. Le socketing s'y fie le plus, avec les boîtiers à grille étant soit carrés, soit rectangulaires. La grille de broches est idéale pour les processeurs composés de bus de données à grande largeur car ils peuvent correctement gérer les connexions nécessaires. Ce type de boîtier de circuit intégré présente quelques avantages. Par exemple, il y a beaucoup de broches par circuit intégré et c'est moins cher que le BGA.

Boîtier plat carré (emballage sans plomb à cadre de broches)

Tant que les CI ont existé, l'emballage avec plomb a existé. Ce type d'emballage est facile à identifier car ils présentent une puce semi-conductrice avec le reste du CI encapsulé dans du plastique moulé. Ici, les broches métalliques entourent le périmètre du boîtier. De plus, le nom boîtier plat carré est l'un des types de boîtiers les plus utilisés. La plupart des fabricants de PCB utilisent ce type de boîtier CI lors de la fabrication de leurs cartes.

Quad Flat No-lead (QFN)

Enfin, et non des moindres, est le boîtier CI Quad Flat No-lead. C'est un boîtier CI minuscule ou plutôt miniature. Ce type d'emballage dépend généralement de la taille de la puce et est le plus courant dans le montage en surface. Principalement, les circuits intégrés de grande taille s'appuient sur ce type d'emballage. Cependant, vous devez savoir que la technologie Surface Mount Device (SMD) s'applique fortement ici. Le boîtier Quad Flat No-Lead est à faible coût et idéal pour les utilisations à haute fréquence. Pourtant, il est relativement facile à utiliser et très fiable.

(Un CI traversant)

3. Montage traversant VS Montage en surface

Comme noté précédemment, deux types de boîtiers CI sont courants : le montage traversant et le montage en surface. Voici les domaines de comparaison notables entre les deux.

Taille :

Un boîtier de montage traversant nécessite de gros composants. Si vous comparez les tailles des CI sur les PCB à trous métallisés et ceux sous CMS, vous remarquerez une grande différence. Le CMS permet des tailles de PCB plus petites, ce qui signifie que les CI ici sont petits et compacts, contrairement au traversant.

Si vous êtes préoccupé par la taille lors du boîtier de vos CI, votre meilleur choix est le montage en surface plutôt que le traversant. Puisque le montage en surface est petit, cela signifie que vous pouvez également économiser de l'espace.

Densité de composants :

Le boîtier CI de montage en surface entraîne une densité de composants élevée, contrairement au boîtier traversant. Avec le montage en surface, il est possible de tout faire tenir dans un espace beaucoup plus petit tout en conservant la fonctionnalité. Ce n'est pas le cas pour le traversant, où les composants ont tendance à être trop grands.

Par exemple, plusieurs processeurs dual in-line à 14 ou 16 broches mesurant environ 20 mm x 9 mm peuvent parfaitement tenir dans une zone d'un pouce carré ou moins. Mais de l'autre côté, ce serait impossible s'il s'agissait d'un boîtier traversant.

Correction d'erreurs d'assemblage :

À un moment donné, des erreurs sont sujettes à se produire quel que soit le type de technologie employé. Lorsque des erreurs se produisent, une correction ou des réparations peuvent être nécessaires. En ce qui concerne la correction d'erreurs, vous pouvez l'entreprendre assez rapidement avec les boîtiers traversants.

Les composants sont assez grands pour la visibilité et la facilité de réparation. Mais ce n'est pas toujours le cas avec le CMS. Puisque les pièces ont tendance à être petites et proches les unes des autres, la correction d'erreurs devient délicate.

Compatibilité électromagnétique :

La compatibilité électromagnétique est la capacité des composants électroniques à fonctionner comme prévu. Ils devraient le faire dans leur environnement électromagnétique.

Il y a une meilleure compatibilité électromagnétique dans le CMS par rapport au traversant. La raison en est que le CMS offre un chemin de retour plus court. Le chemin de retour plus rapide survient parce que les composants sont proches les uns des autres par opposition au traversant.

Coût :

Avec le traversant, il y a des économies de coûts significatives, contrairement au CMS. Par exemple, le boîtier utilisant le traversant ne nécessite pas l'utilisation d'équipements détaillés et coûteux.

Ce type de montage peut finir par faire économiser des centaines de milliers de dollars aux fabricants de circuits. Mais quand il s'agit du montage en surface, les coûts de fabrication ont tendance à être légèrement plus élevés. Par exemple, les fabricants doivent utiliser une machine pick-and-place, l'une des plus chères du marché.

(Un PCB monté en surface)

4. Matériaux d'emballage de circuit intégré

L'emballage électronique est l'une des applications les plus intensives en matériaux récemment. Les fabricants doivent utiliser plusieurs matériaux ici.

Boîtier CI - Types de matériaux :

Les types de matériaux ici incluent les semi-conducteurs, verres, céramiques, composites, métaux et polymères. Les verres et céramiques fonctionnent comme isolants ou diélectriques, tandis que les polymères fonctionnent comme conducteurs.

Les métaux, d'autre part, fonctionnent comme conducteurs dans le boîtier. Les composites contiennent un mélange de matériaux qui peuvent fonctionner comme conducteurs électriques ou améliorations thermiques.

Boîtier CI - Matériau de patch :

Vous devrez utiliser pour faire des patchs si vous vous trouvez dans une telle situation. Un patch est un morceau de tissu qui recouvre une ouverture indésirable.

Il existe de nombreux matériaux de patch que vous pouvez utiliser. Pendant le boîtier CI, vous pouvez en utiliser plusieurs. Cependant, certains des matériaux idéaux sont les matériaux piézoélectriques.

Boîtier CI - Scellant :

Enfin, quand il s'agit de boîtier CI, vous entendez souvent parler de scellant. Mais que sont les liens et certains de leurs usages ? Comme son nom l'indique, un adhésif est un matériau que les individus utilisent pour sceller tout ce qu'ils veulent fermer. La fonction principale des scellants est de garantir que les dispositifs de scellage sont soit étanches à l'eau, soit étanches à l'air.

Pendant le boîtier CI, les scellants sont nécessaires car ils assurent que l'eau ou l'air n'endommage pas le reste du CI. Pour ces raisons, les liens sont obligatoires. Le scellant silicone arrive comme l'un des types d'adhésifs idéaux à utiliser. Ils sont durables et parfaits pour protéger l'ensemble du boîtier contre la corrosion.

(Matériaux de boîtier CI)

5. Méthode d'assemblage du boîtier CI

L'assemblage CI connecte électroniquement les plots de liaison d'entrée et de sortie trouvés sur le CI aux plots de liaison correspondants sur le boîtier. Dans notre cas, la boîte est un circuit imprimé de niveau système. Il existe plusieurs types de boîtiers CI que les fabricants utilisent. Certains des plus courants incluent les suivants :

Boîtier CI - Boîtier double en ligne (DIP) :

Un boîtier double en ligne ou simplement DIP, en abrégé, est l'une des méthodes d'assemblage de boîtier CI les plus courantes. Un boîtier double en ligne est un boîtier de dispositif électronique composé d'un boîtier rectangulaire. Il a deux rangées parallèles adjacentes de broches de connexion électrique.

Notez que la boîte pourrait être soit montée en traversant sur le PCB, soit simplement insérée dans un socket. Si vous êtes attentif, vous réaliserez que la plupart des gens réfèrent DIP à DIPn. Ici, n fait référence au nombre total de broches. Par exemple, un boîtier de microcircuit avec deux rangées composées de huit broches verticales serait un DIP18.

Boîtier CI - Boîtier à contour réduit (SOP) :

Un boîtier à contour réduit est une autre méthode d'assemblage de boîtier CI que les fabricants utilisent pour réaliser le boîtier CI, surtout s'ils sont petits. Le boîtier à contour réduit est légèrement plus étroit et plus court que les DIP. Le pas côté à côté est de 6 mm, tandis que la largeur du corps est de 3,9 mm. Cependant, vous devez être conscient que les dimensions diffèrent selon le boîtier en question.

Boîtier CI - Grille de billes (BGA) :

Les grilles de billes utilisent divers assemblages pour fournir des boîtiers de 250 à 1089 entrées et sorties. C'est aussi l'une des méthodes d'assemblage CI les plus courantes.

Boîtier CI - Boîtier plat quad (QFP) :

Le boîtier plat quad est une méthode d'assemblage CI que de nombreux fabricants utilisent. La raison de son utilisation intensive est qu'elle permet une grande raison.

Elle permet aux CI CMS composés d'interconnexions élevées de trouver une utilisation facile dans les circuits électroniques. Les circuits intégrés à boîtier plat quad sont dans plusieurs formats avec des broches qui varient en nombre.

(Un boîtier CI double en ligne)

6. Comment choisir le type de boîtier CI ?

Avant de continuer, nous devons souligner l'importance d'un bon boîtier. Les circuits intégrés doivent rester dans un boîtier pour assurer une manipulation et un assemblage fluides sur les PCB. Choisir le bon boîtier est essentiel, car vous éviterez les cas de dommages et de corrosion. Alors, comment procéder pour choisir le bon type de boîtier CI ? Continuez à lire pour comprendre.

• Nombre d'E/S : Premièrement, le nombre d'E/S importe lors du choix du boîtier. Ici, les BGA sont les meilleurs pour leurs nombres de broches élevés. Mais si vous êtes sur le marché pour un nombre de broches plus faible, alors le boîtier QFN sera idéal pour vous.
• Gestion thermique : Deuxièmement, vous devez considérer les questions de gestion thermique. Aujourd'hui, les tailles des CI ont tendance à être plus petites mais avec des masques de soudure plus étendus pour prévenir les fuites de composants électriques et thermiques. Assurez-vous d'en discuter avec votre fournisseur de PCB sur les capacités. En tant que tel, ils produiront probablement trop de chaleur, une raison pour laquelle la gestion thermique importe. D'un autre côté, les BGA ont tendance à afficher une dissipation thermique efficace, c'est pourquoi vous pourriez vouloir opter pour eux.
• E/S à haute vitesse : Troisièmement, lors du choix de votre boîtier CI, regardez des questions telles que les E/S à haute vitesse. À tout moment, vous ne voulez pas interférer avec la qualité du boîtier pour interconnecter les signaux E/S du CI. Pour les meilleurs signaux haute fréquence, envisagez le flip BGA.
• Assemblage PCB : Enfin, l'assemblage PCB importe. Pouvez-vous avoir l'assemblage de votre boîtier CI dans les plus brefs délais ? Assurez-vous de prendre en compte ce facteur à l'avance, car tous les fournisseurs ne peuvent pas vous offrir ce que vous voulez.

(Une puce CI correctement assemblée)

7. Utilisations et avantages du boîtier CI

Le CI joue plusieurs rôles essentiels dans presque tous les circuits électroniques. Ils assurent tout le traitement des données et des calculs. Le CI est aussi l'un des éléments les plus critiques du stockage de données. Sans CI, un circuit électronique (tel qu'un PCB) ne fonctionnerait pas comme prévu.

Le boîtier CI présente plusieurs mérites notables. Par exemple, le boîtier CI assure la protection du composant contre les dommages et la corrosion. Il assure également qu'il y a un flux de courant adéquat dans l'ensemble du système.

Le boîtier CI est également bénéfique, le boîtier agissant comme un mécanisme d'« écartement » des connexions du pas serré sur la puce CI. La boîte écarte ces mécanismes vers des zones à pas large que la plupart des fabricants de PCB exigent.

(CI correctement emballés)

Résumé

Comme vous l'avez vu, il y a beaucoup plus dans le boîtier CI pour les systèmes électroniques que vous ne le pensez. Les acteurs, anciens et nouveaux dans le monde de l'électronique, ont besoin d'avoir une image claire d'eux.

De cette façon, il est possible de rester au courant des nouveaux développements ici.

Avez-vous des questions concernant les différents types de boîtiers CI ou quoi que ce soit concernant les PCB ? N'hésitez pas à nous contacter. Nous sommes fiers de fournir à nos clients les informations dont ils ont besoin pour prendre des décisions éclairées sur les pièces électroniques pour leurs entreprises.