Les boîtiers de circuits intégrés à cavité ouverte sont des boîtiers de circuits intégrés qui maintiennent la zone de la puce ouverte ou légèrement scellée pour l’accédre. Ils supportent les tests, le réglage, les contrôles thermiques et les fonctions de gap d’air tout en conservant une empreinte standard en surface. Cet article fournit des informations sur la structure, les options, le comportement, les applications, les besoins en mise en page, la fiabilité et les cas d’usage appropriés.
Présentation des packages de circuits intégrés à cavité ouverte
Les boîtiers de circuits intégrés à cavité ouverte (également appelés boîtiers ouverts ou à cavité d’air) sont des boîtiers de circuits intégrés spéciaux qui gardent volontairement un espace ouvert au-dessus de la puce. La puce en silicium est fixée à l’intérieur d’un corps en plastique ou en céramique et reliée par de petits fils ou des bosses à puce basculante. Au lieu de tout recouvrir de tissu moulu, le couvercle supérieur est laissé enlevé ou seulement légèrement fixé, afin que la matrice et la cavité restent ouvertes et faciles d’accès.
Termes courants pour les paquets de circuits intégrés à cavité ouverte
Différentes entreprises peuvent utiliser des noms légèrement différents pour les boîtiers de circuits intégrés à cavité ouverte, même s’ils signifient presque la même chose. Les boîtiers à couvercle ouvert ou à cavité ouverte décrivent un corps de boîtier dont la cavité de la puce reste exposée car le couvercle n’a pas été scellé. QFN/QFP à cavité d’air désigne des boîtiers de type QFN ou QFP qui maintiennent un espace d’air au-dessus de la puce au lieu de remplir l’espace avec un composé moulé solide. Le boîtier plastique à cavité ouverte (OCPP) est un emballage plastique construit ou modifié de manière à ce que la puce soit placée dans une cavité exposée qui peut ensuite être réencapsulée.
Composants internes des boîtiers de circuits intégrés à cavité ouverte
• Substrat ou cadre en voie de plomb : cadre en cuivre ou laminé qui maintient les broches et le tampon thermique.
• Zone de fixation de la puce : coussine central où la puce en silicium est fixée avec de l’époxy ou de la soudure.
• Interconnexion : liaisons de fil ou bumps flip-chip qui relient la puce aux câbles.
• Murs à cavité : Un anneau en plastique ou en céramique qui forme l’espace ouvert au-dessus de la puce.
• Options de couvercle : couvercle en métal ou en céramique qui peut être ajouté ultérieurement pour sceller la cavité.
Options de configuration pour les boîtiers IC à cavité ouverte
Les boîtiers de circuits intégrés à cavité ouverte peuvent être construits de plusieurs manières différentes, selon le niveau d’accès nécessaire à la puce et la protection requise. Un boîtier sans couvercle a une cavité complètement ouverte, donc la puce est totalement exposée. Cela offre un accès maximal pour les tests, les sondages et les retravails. Un boîtier à couvercle partiel utilise un couvercle bas ou fenêtre, qui couvre la cavité tout en laissant quelques ouvertures, ce qui permet un mélange d’accès et de protection de base. Un emballage entièrement fermé possède un couvercle métallique ou céramique scellé, offrant une protection proche de celle d’un circuit intégré de production classique.
Dans de nombreux projets, les boîtiers de circuits intégrés sans couvercle à cavité ouverte sont utilisés en premier lors des premiers tests en laboratoire. Les versions à couvercle partiel viennent ensuite lorsqu’une certaine protection est nécessaire, mais un accès limité doit être maintenu. Les versions entièrement fermées sont utilisées lorsque la conception est presque finale, et que le comportement doit correspondre étroitement au produit fini, tout en partant de la même plateforme de boîtier intégré à cavité ouverte.
Choix d’interconnexion dans les boîtiers de circuits intégrés à cavité ouverte
Un boîtier de circuits intégrés à cavité ouverte désigne une structure de boîtier dans laquelle la puce est logée à l’intérieur d’une cavité exposée. Le terme décrit la construction physique du boîtier et ne définit pas comment la puce est connectée électriquement aux câbles du boîtier.
Dans un boîtier à cavité ouverte, deux méthodes d’interconnexion sont couramment utilisées : la liaison filaire et la puce flip. Dans une configuration à liaison filaire, la puce est montée face vers le haut, et des tampons de liaison autour du périmètre de la puce sont reliés au cadre de branchement à l’aide de fins fils métalliques. Ces boucles de fil restent visibles, ce qui permet une inspection visuelle de base et simplifie le sondage lors des essais.
Dans une configuration à puce basculante, la puce est montée face cachée et reliée au boîtier via des bosses de soudure ou des piliers métalliques. Cette structure raccourcit le chemin électrique entre la puce et le boîtier, réduisant les effets parasites et permettant une densité de broches plus élevée ainsi qu’une meilleure performance du signal. Comme les interconnexions ne sont pas exposées, le sondage direct et le retravail sont plus limités.
En pratique, certains boîtiers à cavité ouverte utilisent des interconnexions à liaison filaire lors du développement précoce et passent ensuite à la puce basculante lorsque le nombre de broches ou la bande passante est requis.
Comportement thermique des boîtiers de circuits intégrés à cavité ouverte
Les boîtiers de circuits intégrés à cavité ouverte peuvent déplacer la chaleur plus facilement que les emballages plastiques entièrement moulés. Comme il y a moins de composé de moisissure et parfois un couvercle plus fin ou pas de couvercle, la chaleur a un chemin plus court entre la puce et l’air ou un dissipateur. Cela peut réduire la résistance thermique du die à l’ambiant et aider à maintenir la température de jonction dans une plage sûre.
Avec la cavité plus ouverte, il est aussi plus facile d’essayer différents matériaux d’interface thermique, des pressions de contact et des pièces de refroidissement. Pour les circuits intégrés à densité énergétique, les boîtiers de circuits intégrés à cavité ouverte sont souvent utilisés pour ajuster et affiner le système de refroidissement avant de passer à un ensemble moulé final axé davantage sur le coût.
Cavités d’air dans les boîtiers de circuits intégrés à cavité ouverte
Dans certains boîtiers de circuits intégrés à cavité ouverte, l’espace rempli d’air à l’intérieur de la cavité est une partie fonctionnelle de l’appareil plutôt qu’un sous-produit de la structure du boîtier. La présence d’air soutient directement la façon dont certains composants interagissent avec leur environnement.
Pour les dispositifs optiques, un chemin clair pour la lumière est nécessaire, qui peut être fourni par une cavité ouverte ou un couvercle fenêtré transparent. De même, les MEMS et capteurs environnementaux reposent sur des cavités permettant à la pression, au son ou au gaz d’atteindre les éléments de détection sans obstruction.
Les cavités d’air sont également importantes dans les applications RF et micro-ondes. Lorsque l’air sert de diélectrique au-dessus des pistes de signal, des résonateurs ou des antennes, les performances électriques peuvent s’améliorer grâce à des pertes diélectriques plus faibles. En revanche, un surmoule en plastique solide peut bloquer ou modifier ces signaux et dégrader le comportement de l’appareil.
Applications des boîtiers de circuits intégrés à cavité ouverte
MEMS et dispositifs capteurs
Les boîtiers de circuits intégrés à cavité ouverte sont utilisés pour abriter des capteurs MEMS tels que des accéléromètres, gyroscopes et capteurs de pression dans les applications de détection de mouvement, de position et environnementale.
CI optiques et à base de lumière
Ils sont appliqués dans des circuits optiques et à base de lumière, y compris les photodétecteurs, les sources lumineuses et les modules émetteurs ou récepteurs optiques pour les tâches de données, d’imagerie et de détection.
Fronts RF et amplificateurs de puissance
Les formats à cavité ouverte sont utilisés dans les front-ends RF et les amplificateurs de puissance présents dans les liens sans fil, les modules de communication et les chaînes de signaux haute fréquence.
Haute fiabilité et électronique aérospatiale
Ces boîtiers prennent en charge l’électronique à haute fiabilité et aérospatiale, où des matrices nues sont utilisées dans les systèmes critiques de contrôle, de détection et de communication.
Prototypes mixtes et analogiques
Ils sont appliqués dans des circuits intégrés prototypes mixtes et analogiques utilisés dans les laboratoires et les cartes d’évaluation pour valider les chemins de signal, les schémas de polarisation et les interfaces analogiques avant la production complète.
Production et programmes IC personnalisés
Les boîtiers de CI à cavité ouverte sont également utilisés dans la production et les programmes de CI personnalisés qui desservent des marchés spécialisés tels que le contrôle industriel, les équipements médicaux, les systèmes automobiles et les infrastructures de communication.
Empreintes de PCB pour les boîtiers de circuits intégrés à cavité ouverte
De nombreux boîtiers de circuits intégrés à cavité ouverte sont conçus pour correspondre aux contours courants de type QFN, ce qui les place facilement dans les configurations standard de PCB. Le nombre et la disposition des broches suivent généralement des motifs QFN familiers, et le pad thermique exposé est maintenu à la même position et forme que la version moulée.
Pour cette raison, le motif de terrain recommandé pour les PCB est souvent le même pour les emballages à cavité ouverte et moulés. Une conception de PCB unique peut supporter les premières constructions avec des boîtiers de circuits intégrés à cavité ouverte pour l’accès et le réglage, ainsi que les versions ultérieures avec des versions entièrement moulées ou entièrement couvercleuses, avec peu ou pas de changement sur la carte.
Quand utiliser des boîtiers de circuits intégrés à cavité ouverte ?
Besoins d’accès direct aux puces
Choisissez un boîtier de circuits intégrés à cavité ouverte lorsque la puce doit être accessible pour un sonde, un retravail ou une surveillance rapprochée pendant le développement et les tests.
Besoins optiques, MEMS et RF en espace d’air
Utilisez un emballage à cavité ouverte lorsque le circuit a besoin d’un espace d’air pour que les chemins optiques, le mouvement MEMS ou les structures RF fonctionnent correctement.
Empreinte compatible QFN 10.3 avec options futures
Choisissez ce style lorsque le projet a besoin d’une empreinte de type QFN dès maintenant, mais que vous pouvez passer plus tard à un boîtier entièrement moulé ou entièrement couvercle sans changer le PCB.
Évaluation thermique et de couvercle dans les premières versions
Les boîtiers de CI à cavité ouverte sont utiles lorsque les premières constructions doivent évaluer différents dissipateurs thermiques, matériaux d’interface thermique, couvercles ou fenêtres avant de finaliser le package.
Applications à base de puces
Ils peuvent supporter des environnements à haute fiabilité où les matrices nues nécessitent un emballage flexible tout en maintenant la taille et le coût sous contrôle.
Conclusion
Les boîtiers de circuits intégrés à cavité ouverte offrent un accès contrôlé à la puce tout en maintenant la compatibilité avec les configurations courantes de type QFN. Ils soutiennent les tests, le fonctionnement par entre-air et l’évaluation thermique avant l’étanchéité finale. Avec une manipulation, une conception et des méthodes d’étanchéité appropriées, ces boîtiers peuvent répondre aux besoins de fiabilité et prendre en charge les programmes de détection, RF, prototypes et CI spécialisés sans modifications majeures des circuits imprimés.
Foire aux questions [FAQ]
Comment les boîtiers de circuits intégrés à cavité ouverte se comparent-ils en coût aux QFN moulés ?
Les boîtiers de CI à cavité ouverte coûtent plus cher par unité que les QFN moulés en raison d’étapes de traitement supplémentaires et de volumes de production plus faibles.
Quelles limites s’appliquent à la taille de la puce et au nombre de broches dans les boîtiers de circuits intégrés à cavité ouverte ?
Ils prennent en compte des tailles de puces petites à moyennes et des broches ; Les grandes matrices ou les hautes broches nécessitent des conceptions de cavités d’air personnalisées ou en céramique.
Quelle manipulation spéciale les boîtiers de circuits intégrés à cavité ouverte nécessitent-ils sur le sol de production ?
Ils nécessitent un contrôle strict de l’ESD et une manipulation soigneuse uniquement par le boîtier du boîtier, sans contact ni flux d’air sur la puce exposée et les fils de liaison.
Un boîtier de circuits intégrés à cavité ouverte peut-il être retravaillé après assemblage du circuit imprimé ?
Oui, mais la remise à neuf doit se limiter à quelques cycles de chaleur contrôlés et utiliser un nettoyage doux pour éviter d’endommager la cavité et les fils de liaison.
Comment les boîtiers IC à cavité ouverte sont-ils utilisés dans les tests ATE et en laboratoire ?
Ils sont placés dans des douilles ou des cartes de test de type QFN qui maintiennent la cavité accessible tout en restant compatibles avec l’équipement de test standard.
Quels sont les principaux inconvénients par rapport aux emballages entièrement moulés ?
Ils sont plus sensibles à la contamination et aux dommages mécaniques, nécessitent un contrôle de manipulation plus strict, et ne conviennent pas aux environnements hostiles sauf scellés ultérieurement.
