Le type et le conditionnement de la puce

Le circuit intégré (CI) est la pierre angulaire de l'électronique moderne. Il constitue le cœur et le cerveau de la plupart des circuits. On le trouve partout, sur presque toutes les cartes de circuits imprimés.

Un circuit intégré est un ensemble de composants électroniques (résistances, transistors, condensateurs, etc.) regroupés sur une petite puce et interconnectés pour réaliser une fonction complexe. Il existe de nombreuses catégories fonctionnelles : portes logiques, amplificateurs opérationnels, temporisateurs, régulateurs, contrôleurs de circuits, automates programmables, microprocesseurs, mémoires, etc.

Circuit intégré interne

L'intérieur d'une puce est une structure de circuit complexe composée de plaquettes de silicium, de cuivre et d'autres matériaux, interconnectés pour former des résistances, des condensateurs, des transistors et autres composants du circuit. Les puces sont initialement fabriquées sur des plaquettes de silicium rondes, puis, une fois le câblage réalisé, les plaquettes sont découpées en petits morceaux pour former la puce. La puce elle-même est petite, et la couche de semi-conducteurs et de cuivre qui la constitue est très fine. Les connexions entre les couches sont complexes.

Une puce est l'unité de base d'un circuit intégré. Trop petites pour être soudées ou assemblées, les puces nécessitent l'utilisation de la technologie d'encapsulation pour faciliter leur connexion au circuit. Cette technologie transforme les petites puces de silicium fragiles en les puces noires que nous connaissons tous.

Emballage de circuits intégrés

La technologie d'encapsulation permet de finaliser une puce et de faciliter son raccordement à d'autres circuits. Chaque connexion externe de la puce est réalisée par un court fil d'or relié à une pastille ou une broche du boîtier. La broche est la borne argentée du circuit intégré, assurant ainsi la connexion au reste du circuit. Il existe de nombreux types de boîtiers, chacun présentant des caractéristiques spécifiques : taille, type de montage et/ou nombre de broches. La figure ci-dessous répertorie des dizaines de boîtiers de puces, chacun portant un nom spécifique. Les articles suivants abordent en détail certaines des principales catégories d'encapsulation.

Indicateur de polarité et numéro de broche

Chaque puce est marquée avec sa polarité, et la position et la fonction de chaque broche sont uniques. Le boîtier doit donc comporter un système permettant de définir la fonction de chaque broche. La plupart des puces utilisent une encoche ou un point pour indiquer la première broche (parfois les deux). Une fois la première broche identifiée, le brochage suivant est incrémenté dans le sens antihoraire sur la puce.

Mode d'installation

L'une des principales caractéristiques des boîtiers de puces est leur mode de montage sur le circuit imprimé. Tous les boîtiers se répartissent en deux catégories : montage traversant (PTH) et montage en surface (SMD ou SMT). Les boîtiers traversants sont généralement plus grands et plus faciles à utiliser. Ils sont conçus pour traverser le circuit imprimé et être soudés à l'autre extrémité. Les boîtiers CMS sont conçus pour être placés du même côté du circuit imprimé et soudés à sa surface. Les broches des boîtiers CMS sont de deux types : l'une est latérale, perpendiculaire à la puce ; l'autre est située sous la puce et disposée en matrice. Ce type de composant est difficilement compatible avec un assemblage manuel et nécessite souvent des outils spécifiques.

Nous présentons ci-dessous une illustration détaillée des différents types d'emballages de puces les plus courants :

Boîtier double en ligne (DIP)

Le boîtier DIP (Dual In-line Package) est le boîtier de circuit intégré traversant le plus courant. Ces puces miniatures possèdent deux rangées de broches parallèles et un boîtier rectangulaire en plastique noir qui dépasse verticalement.

SMD/SMT : Montage en surface

Il existe aujourd'hui une grande variété de boîtiers à montage en surface. Il est généralement nécessaire de concevoir au préalable un schéma de câblage correspondant à la puce sur le circuit imprimé, puis de le souder. L'installation des composants CMS est généralement une opération qui requiert une automatisation.

SOP : Petit paquet de contour

Le boîtier SOP est une évolution du montage en surface pour les composants DIP. En repliant toutes les broches du DIP vers l'extérieur puis en les réduisant à la taille appropriée, on obtient un boîtier SOP à montage simple face. Ce type de boîtier est l'un des composants CMS les plus faciles à souder à la main. Sur les boîtiers SOIC (Small-Outline IC), chaque broche est généralement séparée par environ 1,27 mm (0,05 pouce). Le SSOP (Shrink Small-Outline Package) est une version réduite du boîtier SOIC. Parmi les autres boîtiers de circuits intégrés similaires, on trouve le TSOP (Thin Small-Outline Package) et le TSSOP (Thin Shrink Small-Outline Package).

QFP (Quad Flat Package)

Dépliez les broches du circuit intégré dans les quatre directions pour obtenir un boîtier plat à quatre faces (QFP). Les circuits intégrés QFP peuvent avoir de 8 broches par face (32 au total) à 70 broches par face (plus de 300 au total). L'espacement entre les broches d'un circuit intégré QFP est généralement compris entre 0,4 mm et 1 mm. Il existe des variantes miniaturisées du QFP standard : les boîtiers TQFP (Thin QFP), VQFP (Very Thin Thin QFP) et LQFP (Low Configuration QFP).

QFN (Quad Flat No-leads)

En supprimant les broches du circuit intégré QFP et en les repliant sur les quatre côtés, on obtient un boîtier ressemblant à un boîtier QFN (Quad-Flat No-leads). Le connecteur du boîtier QFN est beaucoup plus petit et accessible par le bord inférieur du circuit intégré.

Les boîtiers fins (TQFN), ultra-fins (VQFN) et à micro-broches (MLF) sont des variantes du boîtier QFN standard. Il existe également des boîtiers doubles sans broches (DFN) et doubles sans broches fins (TDFN) avec des broches sur seulement deux faces. De nombreux microprocesseurs, capteurs et autres circuits intégrés récents sont disponibles en boîtiers QFP ou QFN. Le microcontrôleur ATmega328, très répandu, est proposé en boîtier TQFP et en boîtier QFN (MLF), tandis que les micro-accéléromètres/gyroscopes comme le MPU-6050 sont disponibles en boîtier micro QFN.

Réseaux de billes

Enfin, pour les circuits intégrés véritablement avancés, il existe les boîtiers BGA (Ball Grid Array). Il s'agit d'un boîtier complexe et sophistiqué dans lequel de petites billes de soudure sont disposées en une grille bidimensionnelle au bas du circuit intégré. Parfois, la bille de soudure est même fixée directement à la puce !

Les boîtiers BGA sont généralement utilisés dans les microprocesseurs de pointe. Si vous savez souder manuellement un circuit intégré encapsulé en BGA, vous pouvez vous considérer comme un soudeur expert. Le placement de ces boîtiers sur le circuit imprimé nécessite généralement un processus automatisé comprenant une machine de placement et un four à reflux.

Circuit intégré courant

Les circuits intégrés sont omniprésents en électronique et se présentent sous de nombreuses formes ; il est donc difficile de tous les aborder. Voici quelques-uns des circuits intégrés les plus courants que vous pourriez rencontrer.

1. Porte logique, minuterie, registre à décalage.

Les portes logiques, éléments constitutifs de circuits intégrés, peuvent être encapsulées dans leurs propres circuits intégrés. Certains circuits intégrés de portes logiques contiennent un petit nombre de portes, et ces portes peuvent être connectées au sein de circuits intégrés pour créer des temporisateurs, des compteurs, des bascules, des registres à décalage et d'autres circuits logiques de base. La plupart de ces circuits simples sont disponibles en boîtiers DIP, SOIC et SSOP.

2, Microcontrôleurs, microprocesseurs, FPGA

Les microcontrôleurs, les microprocesseurs et les FPGA sont des circuits intégrés qui regroupent des milliers, des millions, voire des milliards de transistors sur une puce de petite taille. Ces composants sont fonctionnellement complexes et leur taille varie considérablement. Des microcontrôleurs 8 bits, comme l'ATmega328 d'Arduino, aux microprocesseurs multicœurs 64 bits complexes, ces composants sont largement utilisés en informatique. Ils constituent généralement les circuits intégrés les plus volumineux du circuit. Les microcontrôleurs simples sont disponibles en boîtiers allant du DIP au QFN/QFP, avec un nombre de broches variant de 8 à 100. Plus la complexité de ces composants augmente, plus leur boîtier l'est également. Les FPGA et les microprocesseurs complexes peuvent comporter plus de mille broches et nécessitent des boîtiers avancés tels que QFN, LGA ou BGA.

3, Scapteur

Les capteurs numériques modernes, tels que les capteurs de température, les accéléromètres et les gyroscopes, sont tous intégrés dans un seul circuit intégré. Ces circuits intégrés sont généralement plus petits que les autres circuits intégrés présents sur les microcontrôleurs ou les cartes, avec un nombre de broches allant de 3 à 20. Désormais, de nombreux capteurs seront directement intégrés dans la puce de contrôle.

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