Guide Complet des Boîtiers de Circuits Intégrés : Types, Propriétés, Règles de Conception PCB et Conseils de Sélection

Qu’est-ce qu’un boîtier de CI ?

Le boîtier de circuit intégré (CI) est le processus consistant à encapsuler des composants électroniques (tels que des puces, transistors, condensateurs, résistances, etc.) dans des formes et des tailles spécifiques afin qu’ils puissent être facilement montés sur un PCB et connectés à un circuit. L’encapsulation fournit non seulement une protection mécanique, mais offre également des connexions électriques et des fonctions de gestion thermique.

Types et tailles de boîtiers de CI

Les types et tailles de boîtiers de circuits intégrés (CI) varient en fonction du type de composant, de sa fonction et de son application. Voici quelques types de boîtiers de CI courants et leurs tailles générales :

Boîtiers CMS (Surface-Mount Technology)

QFP (Quad Flat Package)

Le QFP (Quad Flat Package) est un boîtier avec un empreinte PCB relativement grande, couramment utilisé pour les CI et circuits intégrés. Les tailles courantes incluent 7x7 mm, 10x10 mm, 14x14 mm, etc., et le nombre de broches peut aller de plusieurs dizaines à plusieurs centaines.

BGA (Ball Grid Array)

Les boîtiers BGA possèdent généralement des plots sphériques, avec un pas de boîtier généralement compris entre 0,75 mm et 1,0 mm, et le nombre de broches peut varier de plusieurs dizaines à plusieurs centaines.

Caractéristiques : Le boîtier BGA convient aux puces haute performance et aux circuits intégrés à grande échelle, offrant une bonne dissipation thermique et de bonnes performances électriques.

SOIC (Small Outline Integrated Circuit)

Le SOIC (Small Outline Integrated Circuit) est un type courant de boîtier pour circuits intégrés. Il a une forme compacte et une disposition des broches à pas réduit, ce qui le rend adapté aux circuits intégrés de taille moyenne. Les tailles habituelles sont 3x3 mm, 5x5 mm, 7x7 mm, etc., et le nombre de broches varie généralement de 8 à 48.

Boîtier enfichable (THT) – Boîtier à technologie traversante

DIP (Dual Inline Package)

La taille courante est un pas de 7,62 mm (0,3 pouce), et le nombre de broches peut varier de 8 à plusieurs centaines.

Boîtier TO-220

Les boîtiers TO-220 sont généralement utilisés pour les composants de puissance. Ils ont une taille d’environ 10x15 mm et possèdent trois broches.

Boîtier TO-92

Les boîtiers TO-92 ont des dimensions d’environ 5x5 mm et possèdent 3 broches

Boîtiers anciens ou spécialisés

Boîtier COB (Chip on Board)

La puce est montée directement sur le PCB. La taille du boîtier est généralement très petite et il est couramment utilisé dans les équipements compacts et les produits à haute intégration.

PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier)

Le PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier) est généralement utilisé pour les circuits numériques hautement intégrés. La taille du boîtier est d’environ 20x20 mm, et le nombre de broches varie généralement de 20 à 84.

Quelles informations un boîtier de CI définit-il ?

Type de boîtier : Indique le type de boîtier du composant, comme QFP, BGA, SMD, etc.

Taille du boîtier : Décrit les dimensions globales du boîtier, généralement exprimées en longueur, largeur et hauteur.

Disposition des broches : Fait référence à l’agencement des broches dans le boîtier, qui peut être simple rangée, double rangée, en grille, etc.

Nombre de broches : Désigne le nombre de broches du boîtier, ce qui détermine la fonction du composant et le nombre d’interfaces.

Type de matériau : Le type de matériau du boîtier, tel que plastique, céramique, etc., influence la résistance mécanique, la résistance à la chaleur et d’autres caractéristiques du boîtier.

Informations sur les pastilles : Décrit l’emplacement, la forme et la taille des pastilles de soudure pour garantir des connexions correctes.

Gestion thermique : Concerne la conception et le paramétrage des structures de dissipation thermique pour les composants à haute puissance afin de s’assurer qu’ils fonctionnent dans une plage de température normale.

Identification du boîtier : Le boîtier peut contenir le logo du fabricant, le numéro de modèle, le code date, et d’autres informations pour la traçabilité et l’identification.

Fonction des broches : Pour les boîtiers complexes, une description fonctionnelle des broches peut être incluse pour guider les connexions correctes du circuit.

Adaptabilité environnementale : Se réfère à la capacité du boîtier à s’adapter à différents environnements, incluant l’étanchéité, la protection contre la poussière, et d’autres caractéristiques.

Ces informations sont cruciales pour la conception et la production de circuits imprimés, afin de garantir que les composants sont correctement intégrés dans le circuit et répondent aux exigences de conception et aux spécifications de performance.

Normes internationales clés pour les boîtiers de CI, les symboles schématiques et les modèles 3D

Pour les boîtiers de CI, il existe des normes internationales spécifiques qui définissent les boîtiers, les symboles schématiques et les modèles 3D.

1. IPC-7351 — Norme pour les empreintes

PCB La norme IPC-7351 définit les empreintes recommandées, la géométrie des pastilles et l’agencement des broches pour les composants CMS, permettant aux concepteurs de PCB de créer efficacement des empreintes fabricables et prêtes pour l’assemblage.

2. ANSI Y32.2-1975 — Symboles schématiques

Cette norme définit les symboles pour divers composants électriques et électroniques, tels que résistances, condensateurs, inductances, diodes, transistors, interrupteurs, alimentations, capteurs, connecteurs, etc. Chaque symbole a une forme et une identification uniques, utilisées pour représenter le type et la fonction du composant dans le schéma.

3. ISO 10303-21 — Format de fichier STEP pour modèles

3D La norme ISO 10303-21 définit le format de fichier utilisé pour les modèles STEP, qui peuvent être importés dans les logiciels de CAO 3D. Cette norme concerne principalement la spécification du format de fichier plutôt que l’encapsulation ou le dessin des composants.

Règles de conception PCB pour les boîtiers de CI

• Taille du boîtier : Il est important de s’assurer que la taille et la forme du boîtier respectent les spécifications du composant afin d’éviter qu’il soit trop grand ou trop petit. Un mauvais dimensionnement peut entraîner des difficultés d’installation ou des problèmes électriques.
• Disposition des broches : Faites attention à l’agencement des broches. Évitez les chevauchements ou un placement trop dense. Assurez un espacement suffisant entre les broches pour le soudage.
• Conception des pastilles : Il est important de déterminer la taille et la forme correctes des pastilles, en tenant compte de la qualité et de la fiabilité du soudage, afin d’éviter des soudures défectueuses dues à un soudage excessif ou insuffisant.
• Dissipation thermique : Concevez des structures de dissipation thermique adaptées pour les composants nécessitant un refroidissement afin de maintenir leur température de fonctionnement dans une plage sûre.
• Marquage symbolique : Créez une représentation symbolique précise du boîtier dans le schéma pour faciliter l’identification et la compréhension par les concepteurs et le personnel de maintenance.
• Modèle 3D : Fournit une représentation 3D du boîtier selon les normes IPC pour aider à la mise en page PCB et à la détection de collisions.
• Zones interdites : Assurez-vous que des zones interdites suffisantes sont prévues lors de la conception pour éviter les collisions avec d’autres composants ou boîtiers.
• Considérations de fabricabilité : Il est important de prendre en compte les limitations liées à la fabrication et à l’assemblage du PCB dès la phase de conception afin de garantir que le design correspond aux exigences de production réelles.

Comment choisir le bon boîtier de CI

1. Différents types de boîtiers de CI

Les boîtiers CMS (Surface Mount Technology, SMT) conviennent aux petits produits électroniques comme les smartphones, tablettes, etc.

Les boîtiers enfichables conviennent aux applications nécessitant des connexions électriques et mécaniques plus importantes, comme les systèmes de contrôle industriels et l’électronique automobile.

Les boîtiers System-in-Package (SiP) intègrent plusieurs modules fonctionnels dans un seul boîtier pour offrir une intégration et des performances supérieures.

Les boîtiers Ball Grid Array (BGA) possèdent un réseau de billes de soudure à haute densité, conçu pour les applications haute performance et haute puissance.

2. Déterminer les besoins fonctionnels et de performance

Intégrité du signal : Il est crucial de considérer la qualité et la stabilité de la transmission des signaux lors du choix d’un boîtier pouvant répondre aux exigences des signaux. Pour les signaux haute fréquence ou à grande vitesse, sélectionnez un boîtier offrant une excellente intégrité du signal.

Contraintes de taille : Choisissez un boîtier adapté à l’espace disponible sur le PCB et aux besoins du processus d’assemblage. Assurez-vous que la taille du boîtier correspond à la disposition du PCB pour éviter des problèmes d’installation.

3. Prendre en compte le refroidissement et la gestion thermique

Pour les CI manipulant une puissance élevée, la dissipation thermique est essentielle. Choisissez un boîtier avec un design efficace de dissipation thermique, comme des broches thermiques ou une plaque dissipatrice, pour éviter la surchauffe.

4. Considérer la disposition et le routage

La disposition et l’agencement des broches sont critiques pour la performance et la fiabilité du circuit. Assurez-vous que le boîtier choisi correspond à votre layout PCB pour garantir une bonne intégrité des signaux et des connexions électriques fiables.

5. Coût et disponibilité dans la chaîne d’approvisionnement

Enfin, prenez en compte le coût et la disponibilité. Certains types de boîtiers peuvent être plus coûteux ou avoir une chaîne d’approvisionnement plus limitée. Évaluez le rapport coût/performance et assurez-vous que le boîtier choisi répond aux exigences et délais de votre projet.

Lecture complémentaire : Comment choisir la bonne résistance CMS : Guide pour débutants