Le type et l'emballage de la puce

Le circuit intégré (CI) est la pierre angulaire de la technologie électronique moderne. Ils constituent le cœur et le cerveau de la plupart des circuits. Ils sont partout et vous pouvez les trouver sur presque tous les circuits imprimés.

Un circuit intégré est un ensemble de composants électroniques : résistances, transistors, condensateurs, etc., tous entassés dans une petite puce et connectés entre eux pour atteindre un objectif fonctionnel complexe. Ils ont de nombreuses catégories fonctionnelles : portes logiques de circuits, amplificateurs opérationnels, temporisateurs, régulateurs, contrôleurs de circuits, contrôleurs logiques, microprocesseurs, mémoire... etc.

CI interne

L’intérieur d’une puce est une structure de circuit complexe composée de tranches de silicium, de cuivre et d’autres matériaux connectés les uns aux autres pour former des résistances, des condensateurs, des transistors ou d’autres composants du circuit. Les puces sont initialement fabriquées sur des tranches de silicium rondes, et une fois le câblage terminé, les tranches sont découpées en petits morceaux pour former la puce. La puce elle-même est petite et la puce semi-conductrice et la couche de cuivre qui la compose sont très fines. Les connexions entre les couches sont complexes.

Une puce est la plus petite unité d'un circuit d'application. Parce que les copeaux sont trop petits pour être soudés ou assemblés. Afin de faciliter le travail de connexion du circuit à la puce, la technologie de packaging des puces doit être utilisée. La technologie d’emballage des puces transforme les petites puces de silicium délicates en puces noires que nous connaissons tous.

Emballage IC

La technologie d'emballage produit une puce finie et l'étend pour faciliter la connexion des structures avec d'autres circuits. Chaque connexion externe de la puce est connectée via une petite longueur de fil d'or à un plot ou une broche sur l'emballage. La broche est la borne argentée du circuit à puce, qui continue de se connecter au reste du circuit. Il existe de nombreux types de boîtiers différents, chacun ayant une taille, un type de montage et/ou un nombre de broches uniques. La figure ci-dessous répertorie des dizaines de packages de puces, chacun avec son propre nom unique. Certaines des principales catégories d’emballages sont abordées en détail dans les articles suivants.

Marqueur de polarité et numéro de broche

Toutes les puces sont marquées par la polarité, et la position et la fonction de chaque broche sont uniques. Cela signifie que le package doit disposer d’un moyen de définir la fonctionnalité de chaque broche. La plupart des jetons utiliseront une encoche ou un point pour indiquer quelle broche est la première. (parfois les deux), une fois que vous savez où se trouve la première broche, le reste du code PIN est incrémenté dans le sens inverse des aiguilles d'une montre sur la puce.

Mode d'installation

L'une des principales caractéristiques distinctives des types de boîtiers de puces est la manière dont ils sont montés sur le circuit imprimé. Tous les packages appartiennent à l'un de ces deux types de montage : traversant (PTH) ou montage en surface (SMD ou SMT). Les boîtiers traversants sont généralement plus grands et plus faciles à utiliser. Ils sont conçus pour traverser un côté de la carte puis être soudés de l’autre côté. L'ensemble de patchs de surface est conçu pour être situé du même côté de la carte et est soudé à la surface de la carte. Les broches du boîtier CMS doivent être de deux types : l'une est tirée sur le côté, perpendiculairement à la puce ; L’autre est situé au bas de la puce et disposé en matrice. Cette forme de composant n'est pas tout à fait « adaptée à un assemblage manuel ». Ils nécessitent souvent des outils spéciaux pour les aider dans ce processus.

Nous réalisons une illustration détaillée de diverses formes courantes d’emballage de puces ci-dessous :

Pack double en ligne (DIP)

DIP, abréviation de Dual In-Line Package, est le boîtier IC traversant le plus courant. Ces minuscules puces comportent deux rangées de broches parallèles et une coque rectangulaire en plastique noir dépasse verticalement.

SMD/SMT : montage en surface

Il existe désormais une grande variété de types de boîtiers à montage en surface. Il est généralement nécessaire de réaliser à l'avance un schéma de câblage correspondant à la puce sur le PCB et de le souder. L'installation de SMT est généralement un appareil qui nécessite une automatisation.

SOP : petit paquet de grandes lignes

L'emballage SOP est une forme évoluée de montage en surface pour DIP. Si toutes les broches du DIP sont pliées vers l'extérieur puis réduites à la taille appropriée, un SOP monté sur un seul côté peut être formé. Ce boîtier est l'une des pièces CMS les plus faciles à souder à la main. Sur les boîtiers SOIC (Small-outline IC), chaque broche est généralement séparée d'environ 0,05 pouces (1,27 mm). SSOP (shrink small-outline package) est une version réduite du packaging SOIC. D'autres packages IC similaires incluent TSOP (package mince à petit contour) et TSSOP (paquet mince à petit contour rétractable).

QFP (Quad Flat Package)

Dépliez les broches IC dans les quatre directions pour ressembler à un boîtier plat à quatre côtés (QFP). Les circuits intégrés QFP peuvent avoir de 8 broches par côté (32 au total) à 70 broches par côté (plus de 300 au total). L'espacement des broches sur un CI QFP est généralement compris entre 0,4 mm et 1 mm. Il existe quelques variantes miniaturisées des packages QFP standard, Thin QFP (TQFP : Thin QFP), Very Thin Thin (VQFP) et Low Configuration (LQFP).

QFN (Quad Flat No-Leads)

En retirant les broches du circuit intégré QFP et en les rétrécissant sur les coins des quatre côtés, vous obtenez quelque chose qui ressemble à un boîtier Quad-Flat No-Leads (QFN). Le connecteur du boîtier QFN est beaucoup plus petit et est exposé sur le bord inférieur du circuit intégré.

Les boîtiers minces (TQFN), ultra-minces (VQFN) et Micro-lead (MLF) sont des variantes du boîtier QFN standard. Il existe même des boîtiers double sans plomb (DFN) et minces double sans plomb (TDFN) avec des broches sur deux côtés seulement. De nombreux microprocesseurs, capteurs et autres nouveaux circuits intégrés sont disponibles dans des boîtiers QFP ou QFN. Le populaire microcontrôleur ATmega328 est disponible sous forme de boîtier TQFP et de type QFN (MLF), tandis que les microaccéléromètres/gyroscopes comme le MPU-6050 sont disponibles sous forme micro QFN.

Réseaux de grilles à billes

Enfin, pour les circuits intégrés vraiment avancés, il existe des boîtiers BGA (Ball-grid array). Il s'agit d'un boîtier complexe et subtil dans lequel de petites billes de soudure sont disposées dans une grille bidimensionnelle au bas du circuit intégré. Parfois, la bille de soudure est fixée directement sur la puce !

Les packages BGA sont généralement utilisés sur des microprocesseurs avancés. Si vous pouvez souder manuellement un circuit intégré encapsulé bga, vous pouvez vous considérer comme un maître soudeur. En règle générale, le placement de ces packages sur le PCB nécessite un processus automatisé qui comprend une machine de prise et de placement et un four à reflux.

CI commun

Les circuits intégrés sont omniprésents en électronique sous tellement de formes qu’il est difficile de tout couvrir. Voici quelques-uns des circuits intégrés les plus courants que vous pouvez rencontrer en électronique.

1, porte logique, minuterie, registre à décalage.

En tant qu'éléments constitutifs de circuits plus intégrés eux-mêmes, les portes logiques peuvent être intégrées dans leurs propres circuits intégrés. Certains circuits intégrés à portes logiques peuvent contenir un petit nombre de portes dans un boîtier, et les portes logiques peuvent être connectées au sein de circuits intégrés pour créer des minuteries, des compteurs, des verrous, des registres à décalage et d'autres circuits logiques de base. La plupart de ces circuits simples peuvent être trouvés dans les packages DIP, ainsi que dans SOIC et SSOP.

2,Microcontrôleurs, microprocesseurs, FPGA

Les microcontrôleurs, les microprocesseurs et les FPGA sont tous des circuits intégrés qui regroupent des milliers, des millions, voire des milliards de transistors dans une petite puce. Ces composants sont fonctionnellement complexes et varient considérablement en taille. Des microcontrôleurs 8 bits, tels que l'ATmega328 d'Arduino, aux microprocesseurs multicœurs 64 bits complexes, ce sont des composants largement utilisés dans les ordinateurs. Ces composants sont également généralement les plus grands circuits intégrés du circuit. Des microcontrôleurs simples peuvent être trouvés dans des boîtiers allant de DIP à QFN/QFP, avec un nombre de broches allant de 8 à 100. À mesure que la complexité de ces composants augmente, celle du boîtier augmente également. Les FPGA et les microprocesseurs complexes peuvent avoir plus d'un millier de broches et ne peuvent être utilisés que dans des packages avancés tels que QFN, LGA ou BGA.

3, Sensor

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 sur microcontrôleurs ou cartes, avec un nombre de broches compris entre 3 et 20. Désormais, dans la grande puce de contrôle, de nombreux capteurs y seront directement intégrés.

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