Série de substrats céramiques - Emballages à base de céramique
Le fonctionnement des composants électroniques dans des environnements difficiles, tels que des températures et une humidité élevées, peut entraîner une dégradation de leurs performances, voire leur endommagement. Par conséquent, des méthodes d'encapsulation efficaces et une amélioration continue des matériaux d'encapsulation sont nécessaires pour garantir une bonne stabilité des composants électroniques dans des conditions extérieures exigeantes.
Trois matériaux d'emballage dominants
Du point de vue de leur composition, les matériaux d'emballage électronique se divisent principalement en trois catégories : les emballages à base de métal, de céramique et de plastique. L'emballage céramique présente un fort potentiel pour les applications haute densité et appartient à la catégorie des emballages hermétiques. Les principaux matériaux utilisés sont l'alumine (Al₂O₃), l'aluminium (Al₃), l'oxyde de béryllium (BeO) et la mullite, qui offrent des avantages tels qu'une bonne résistance à l'humidité, une résistance mécanique élevée, un faible coefficient de dilatation thermique et une conductivité thermique élevée.
Les emballages métalliques utilisent principalement des matériaux tels que le Cu, l'Al, le Mo, le W, les alliages W/Cu et Mo/Cu, qui présentent une résistance mécanique élevée et d'excellentes performances de dissipation thermique.
Les emballages plastiques utilisent principalement des plastiques thermodurcissables, notamment phénoliques, polyester, époxy et silicones organiques, qui présentent des avantages tels qu'un faible coût, une légèreté et de bonnes performances d'isolation.
Avantages des emballages à base de céramique
En tant que matériau d'emballage courant, l'emballage à base de céramique présente des avantages par rapport aux emballages en plastique et en métal :
(1) Faible constante diélectrique, excellentes performances à haute fréquence ;
(2) Bonne isolation et grande fiabilité ;
(3) Haute résistance et bonne stabilité thermique ;
(4) Faible coefficient de dilatation thermique et conductivité thermique élevée ;
(5) Excellente étanchéité aux gaz et performances chimiques stables ;
(6) Bonne résistance à l'humidité et moindre sensibilité aux microfissures.
Emballage en céramique polyvalent
Les boîtiers céramiques se déclinent en différentes formes pour s'adapter aux divers besoins applicatifs. Les principales comprennent les puces CBAG (Ceramic Ball Grid Array), FC-CBGA (Inverted Ceramic Ball Grid Array), CQFN (Ceramic Quad Flat No-Lead Package), CQFP (Ceramic Quad Flat Package), CPGA (Ceramic Pin Grid Array) et divers substrats céramiques. Les procédés de fabrication et les types de produits sont diversifiés afin de répondre aux besoins variés des applications en aval.
Par exemple, pour le conditionnement des modules optiques, les principaux procédés d'encapsulation des modules TOSA et ROSA comprennent l'encapsulation coaxiale TO, l'encapsulation papillon, l'encapsulation COB et l'encapsulation BOX. L'encapsulation coaxiale TO, généralement cylindrique, se caractérise par sa petite taille, son faible coût et sa simplicité de fabrication, la rendant adaptée aux transmissions à courte distance. Cependant, elle présente l'inconvénient d'une dissipation thermique difficile. L'encapsulation papillon, principalement rectangulaire, se distingue par sa structure complexe, sa grande surface et sa bonne dissipation thermique, la rendant adaptée aux transmissions à longue distance. L'encapsulation COB (Chip-On-Board) consiste à fixer la puce sur le circuit imprimé, permettant ainsi miniaturisation, légèreté et réduction des coûts. L'encapsulation BOX est un type d'encapsulation papillon utilisé pour la transmission parallèle multicanaux. Parmi les autres méthodes d'encapsulation courantes, on peut citer le boîtier DIP (Dual In-Line Package) et le LCC (Leadless Chip Carrier).
Concernant les stratifiés céramique-cuivre, on distingue principalement les substrats en cuivre déposés par voie directe (DPC), les substrats en cuivre collés directement (DBC), les substrats brasés par métal actif (AM) et la technologie de métallisation par activation laser rapide (LAM). Grâce à leur conductivité thermique élevée, leur étanchéité aux gaz et leur résistance mécanique, les stratifiés céramique-cuivre présentent un fort potentiel pour des applications telles que les IGBT de puissance, les lasers et les LED.
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